CN104019184B - 具有布置在曲轴上并且用作偏重的补偿重物的内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有布置在曲轴上并且用作偏重的补偿重物的内燃发动机。描述了具有汽缸和曲柄驱动器的内燃发动机。所述内燃发动机包括曲轴，其中安装在曲轴箱中的曲轴具有用于汽缸的相关联的曲轴曲拐。所述内燃发动机还包括在曲轴曲拐相对侧上的曲轴上布置作为质量补偿的平衡块的补偿重物，其中所述补偿重物包括面向外的侧面，并且从面向外的侧面的圆周表面到曲轴的纵向轴线的距离沿面向外的侧面的圆周表面的长度是不恒定的。

Description

具有布置在曲轴上并且用作偏重的补偿重物的内燃发动机

相关申请的交叉参考

本申请要求2013年3月1日提交的德国专利申请No.102013203560.8的优先权，在此引入其全部内容作为参考以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及一种具有用作曲轴平衡块的补偿重物的内燃发动机以及用于操作这种内燃发动机的方法。

背景技术

发动机中的传动系统可以包括曲轴、活塞、活塞销和连杆，其中的每个均通过活塞螺栓可枢转地连接到相关联的活塞，该活塞螺栓被布置在小连杆头孔中并且在大连杆头孔中可旋转地安装在曲轴的曲柄轴颈上。所述活塞配置为将燃烧产生的气体力传递到曲轴。该气体力通过活塞传递到活塞螺栓、连杆和曲轴。所描述的活塞、活塞螺栓、连杆和曲轴的布置将活塞的摆动运动变换成曲轴的旋转运动。该连杆可以在汽缸孔的纵向轴线的方向上部分旋转并且部分摆动地移动。

传动系统中的各种部件如曲轴、活塞等可能在发动机运转期间产生振动。这些部件中的振动可以转移到发动机中的其它部件以及车辆部件，所述车辆部件可以包括凸轮轴、车厢、车辆轮胎、发动机舱等。可能希望削弱在这些部件中产生的振动，以减小在车辆和发动机中可以负面地影响客户满意度以及部件寿命的噪声、振动和不舒适性（NVH）。

因此，补偿重物（例如，平衡块）可以用在曲轴中以削弱振动。然而，补偿重物由于包装限制而不能削弱期望的振动量。例如，曲轴箱可能在空间上压缩平衡块的形状和尺寸。因此，可将平衡块定位在曲轴箱外部，以试图削弱在传动系统中产生的期望的振动量。然而，将平衡块定位在曲轴箱的外侧可以减小发动机的紧凑性以及增加制造成本。此外，增加平衡块的质量也会增加燃料消耗。例如，设置在曲轴箱的外部的平衡块可以具有增加传动系统中的损耗的额外重量。因此，在现有发动机中可以存在曲轴减振和燃料消耗之间的折衷。

发明内容

在这样一种方法中，提供了具有汽缸和曲轴驱动器的内燃发动机。该内燃发动机包括曲轴，其中安装在曲轴箱中的曲轴具有用于汽缸的相关联的曲轴曲拐。该内燃发动机还包括布置在曲轴曲拐的相对侧上的曲轴上的用作质量补偿的平衡块的补偿重物，其中所述补偿重物包括面向外的侧面，并且从面向外的侧面的圆周表面到曲轴的纵向轴线的距离沿面向外的侧面的圆周表面的长度是不恒定的。

以这种方式成形平衡块使得平衡块被按需定位在曲轴箱内，同时削弱经由传动系统产生的期望的振动量。结果，如果需要，可以减小发动机的紧凑性，发动机中的NVH降低，并且制造成本可以降低，从而提高了客户的满意度。

上述优点和其它优点以及本说明书的特征将在单独或结合附图时通过以下具体实施方式而变得显而易见。

应当理解的是，以上发明内容被提供以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。该发明内容并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所述主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上面提到的或本公开的任何部分中的任何缺点的实施方式。另外，本发明人在此已经认识到上述问题，并且不认为这些问题是已知的。

附图说明

图1示意性地示出了内燃发动机的第一实施例的曲柄驱动器的部件的侧视图；和

图2示出了一种用于生产内燃发动机的曲轴的方法。

本发明将在下文中参考图1和图2更详细地描述。

具体实施方式

发动机可以包括曲轴、活塞、活塞销和连杆，其中的每个均通过活塞螺栓可枢转地连接到相关联的活塞，该活塞螺栓布置在小连杆头孔中并且在大连杆头孔中可旋转地安装在曲轴的曲轴轴颈上。所述活塞配置为将由燃烧产生的气体力传递到曲轴。

该气体力可以在汽缸孔的纵向轴线的方向上向下按压活塞，其中从上止点（TDC）开始，活塞通过气体力被促使进行加速运动。试图以其向下引导的运动避开气体力的活塞在这种向下引导的运动中受到该气体力，连杆可枢转地连接到所述活塞。为此，活塞通过活塞螺栓将在该活塞上作用的气体力引导到连杆，并尝试向下加速。当活塞与连接到该活塞的部件特别是连杆一起接近下止点（BDC）时，该活塞减速以便之后完成在下止点（BDC）处反转的运动。

在车辆中的内燃发动机和相关联的部件（例如辅助设备）可以特征在于振动系统。所述振动系统的振动行为可受各种因素的影响。在震动和力激振（force excitation）下的振动系统或部件包括曲轴箱、汽缸体、汽缸盖、阀驱动器和同样在本文中进行描述的曲柄轴驱动器。这些部件可能受到质量力和气体力。

通过可枢转地安装于各个曲柄轴颈的连杆引入到曲轴中的随时间改变的旋转力可以激励曲轴进行旋转振动。这些旋转振动可以导致从结构声发射的噪声和从结构声传输的噪声进入车身并进入内燃发动机，其中还可以发生振动，这对驾驶舒适性具有不利影响，例如在乘客车厢中的方向盘的振动。当曲轴在其固有频率范围中被激励时，能够发生高旋转振动振幅，这甚至能够导致疲劳断裂。这示出了振动不仅在噪声设计中是重要的，而且在部件强度方面也是重要的。

曲轴的旋转振动也可以通过正时驱动器或凸轮轴驱动器被不期望地传输到凸轮轴，其中凸轮轴自身也是振动系统，并且能够激励另外的系统进行振动，特别是阀驱动器。振动还可以通过由曲轴驱动的牵引装置传送到其它辅助部件。曲轴的振动也可以被传送到传动系统，经由该传动系统振动可以被传送远至车辆轮胎。

在四冲程内燃发动机的曲轴曲拐处的旋转力部署是周期性的，其中周期扩展超过曲轴的两转。该旋转力部署可以通过傅立叶分析分解成该旋转力部署的谐波元素，以允许旋转振动的激励的结论。实际的旋转力部署包含恒定的旋转力和多个谐波变化的旋转力，所述谐波变化的旋转力具有不同的旋转力振幅和频率或振动计数。每个谐波的振动计数ni与和曲轴或发动机的旋转速度n之比被称为谐波的级数i。

由于在曲轴上来自质量力和气体力的高动态载荷，可能希望向曲轴提供质量补偿。术语“质量补偿”覆盖向外补偿或减小质量力的作用的所有措施。到此程度，质量补偿还包括由质量力引起的力矩的补偿。质量补偿可以通过定向匹配曲轴曲拐和汽缸的数量和布置而发生在独立的情况下。也可以提供平衡块以用于质量补偿。

六缸直列式发动机可以通过以下的技术平衡。六个汽缸成对组合，使得它们作为汽缸对机械地并联运行。因此，第一和第六汽缸、第二和第五汽缸、以及第三和第四汽缸被组合为汽缸对，其中用于三个汽缸对的曲轴轴颈或曲拐被布置在曲轴上，每个偏移120°CA。机械地并联运行意味着机械地并联运行的两个汽缸的两个活塞都处于具有相同°CA（曲柄角度）的上止点（TDC）和下止点（BDC）。在三缸直列式发动机中，第一级数的质量力和第二级数的质量力可通过选择合适的曲轴曲拐而被补偿，而不是由质量力引起的力矩进行补偿。

完全质量补偿并不总能实现，因此必须采取进一步的措施，例如布置在曲轴上的平衡块和/或为内燃发动机配备至少一个平衡器轴。所有措施的起点可以是考虑到曲轴可以通过随时间改变的旋转力而加载，所述随时间改变的旋转力由曲柄驱动器的气体力的和质量力组成。曲柄驱动器的质量，即各个连杆、活塞、活塞螺栓、活塞环和曲轴自身的质量，可以被划分为振荡替代质量和旋转替代质量。旋转替代质量的质量力的外部作用可以通过设置在曲轴上的平衡块而被补偿。

质量补偿可以在由振荡替代质量引起的质量力的情况下变得更加困难，这是因为这大致包括第一级数的质量力和第二级数的质量力，其中较高级数的力是可忽略的。每个级数的质量力可以通过布置安装有相应的重物的两个反旋转的轴（称为平衡器轴）而被补偿。补偿第一级数的质量力的轴以发动机旋转速度运行，而平衡第二级数的质量力的轴以两倍的发动机旋转速度运行。这种质量补偿的方法可以是非常成本密集的、复杂的并且具有高重量，需要很大的空间。在补偿第一级数的质量力的环境内，曲轴可以同时作为平衡器轴，即其可以构成两个平衡器轴中的一个，使得至少减少了质量补偿所要求的重量和空间。

即使当质量力被补偿时，质量力矩也会出现，这是因为各个汽缸的质量力均作用在汽缸中心平面中。这些质量力矩可以在各自独立的情况下被装备有重物的至少一个平衡器轴补偿。这可以进一步增加总质量补偿所需的空间、成本和重量。

在三缸直列式发动机中，可以补偿所述第一级数的质量力所引起的力矩，例如通过独立的平衡器轴以发动机旋转速度反转到曲轴，在该轴的端部，用作偏重的两个补偿重物可以被布置为偏移180°，即扭转180°。

可替换地，在三缸直列式发动机中的第一级数的质量力所引起的力矩可以由作为偏重的两个反向旋转的补偿重物补偿，其中第一补偿重物以与曲轴相同的方向运行，而第二补偿重物沿与曲轴相反的方向运行。上述与质量补偿最根本的区别是，两个补偿重物用作彼此反向旋转的偏重。因此，两个补偿重物不设置在相同的载体例如轴上，但是布置在使其具有在不同旋转方向上的旋转运动的不同载体上。第一补偿重物的载体可以例如是曲轴本身或与曲轴连接的主体，例如飞轮。第二补偿重物可以需要以与曲轴相反方向旋转的载体，该载体本身也由所述曲轴驱动。

如以上详细所述，用于补偿质量力和/或质量力矩的许多概念可能需要布置在曲轴上用作偏重的补偿重物。旋转替代质量的质量力的外部作用例如可以通过布置在曲轴上的补偿重物来补偿。这里，作为偏重的至少一个补偿重物布置在与至少一个曲轴曲拐相对的侧面上的曲轴上，用于质量补偿的目的。

同样，例如用于三缸直列式发动机的补偿由第一级数的质量力所引起的力矩的概念可以使用布置在曲轴上起偏重作用的补偿重物。

具有上述关于现有的发动机的方式布置在曲轴上的补偿重物在发动机中会引起结构问题。当活塞通过下止点时，用作偏重并且在属于活塞的曲轴曲拐的相对侧上布置的补偿重物位于紧邻活塞的下方（即，在面对活塞的侧面上）。可能期望在曲轴旋转时抑制活塞和补偿重物之间的接触。在现有发动机中的补偿重物具有在相对于曲轴的旋转轴线的面向外的侧面上的半圆形构型。这意味着在现有发动机中，在圆周方向上运行的补偿重物的外部具有与曲轴的纵向轴线（例如旋转轴线）基本恒定的距离。

然而，在曲轴箱中的收缩的空间条件可以使补偿质量的配置变得困难，或需要相当大的补偿质量的配置，这是因为作用杠杆（active lever），即偏重的重心距曲轴的纵向轴线的距离，被选择为相对小，（即短，因为较小的结构空间可用）。

在可应用的位置，由于收缩的空间条件，质量补偿可以被提供在曲轴箱的外部。在曲轴箱外部提供的一个或多个平衡轴不仅增加了车辆的引擎室中所需的空间和成本，而且也增加了燃料消耗。引起燃料消耗增加的首要原因是补偿单元的额外重量。其次，具有其旋转轴和其它移动部件的补偿单元造成了内燃发动机中产生的摩擦，或增加了摩擦产生。后者是特别相关的，因为事实上一旦内燃发动机起动和运转，补偿单元就可以连续运转。因此，补偿重物的重量的减轻会是期望的，因为车辆中燃料消耗的减少是通过补偿重物质量的降低实现的。

此外，可能期望提供一种内燃发动机，其在发动机中提供曲轴和/或相应的部件的增加的质量补偿。另外，在本发明中还可以提供一种方法以用于制造这种内燃发动机的曲轴。

因此，在一个示例中，提供了具有至少一个汽缸并具有曲柄驱动器的内燃发动机。曲柄驱动器也可以称为传动系统。内燃发动机包括曲轴，其中安装在曲轴箱中的曲轴具有用于每个汽缸的相关联的曲轴曲拐，其中所述曲轴曲拐沿曲轴的纵向轴线间隔地设置。所述内燃发动机还包括至少一个补偿重物，其用作平衡块并且布置在与至少一个曲轴曲拐相对的侧面上的曲轴上，以用于质量补偿的目的。所述至少一个补偿重物不具有相对于曲轴的旋转轴线在面向外的侧面上的半圆形构型。换句话说，曲轴的旋转轴线不是面向外的侧面的弧形的中心。还在一些实施例中，面向外的侧面可以不构成弧形。具体地，在一个例子中，面向外的侧面可以是平面的。还在另一个例子中，面向外的表面可以是凹的。

本文所述的曲柄驱动器和现有曲柄驱动器之间的一个区别是，在现有曲柄驱动器中的补偿重物具有带有圆周表面的面向外的侧面，所述圆周表面与曲轴的纵向轴线（例如，旋转轴线）之间的距离是沿所述表面恒定的。相反，本文所述的曲柄驱动器具有带有圆周表面的面向外的侧面，所述圆周表面与曲轴的纵向轴线（例如，旋转轴线）之间的距离沿圆周表面的长度而变化。因此，本文所述的补偿重物不具有中心在曲轴的旋转轴线上的点处的半圆形构型。

将意识到，曲轴的纵向轴线可以作为旋转曲轴的旋转轴线和与曲轴一起旋转的补偿重物的旋转轴线。在这一点上，圆周方向可以由旋转曲轴预定义，其中补偿重物的外部的弧形构型可以由在圆周方向上旋转的长度R的指针描述或执行。

在此所述的曲轴的旋转轴线和补偿重物的圆周表面之间的距离的变化允许更加有效地使用曲轴箱中可用的有限空间，即对于相同结构空间，较大的偏重质量可以布置在曲轴上或实现较大的有效杠杆，并且因此可以减小质量补偿所期望的偏重质量。本文所述的补偿重物的设计即允许增加偏重的重心距曲轴的纵向轴线的距离，即偏重的杠杆可设计为相对较长。因此，如果需要的话，没有必要在曲轴箱外部提供质量补偿。然而，在一些示例中，除了在曲轴箱中的质量补偿，还可以存在提供在曲轴箱外部的质量补偿。

而根据现有技术的曲轴箱中的压缩的空间条件可以导致质量补偿必须布置成至少部分地在曲轴箱外侧，如果需要的话，这可以由在此所述的补偿重物的设计而避免。本文所述的具有质量补偿的内燃发动机可以减少期望量的传动系统中产生的振动。

在一个示例中，本文描述的内燃发动机具有活塞，该活塞属于通过连杆可枢转地连接至曲轴的汽缸，其中所述连杆在一端通过活塞螺栓可枢转地连接到所述活塞，而在另一端可旋转地安装在曲轴的相关联的曲轴曲拐的曲轴轴颈上。

已经考虑了内燃发动机的示例，其中所述至少一个活塞的纵向轴线与曲轴的纵向轴线相交，并且当所述活塞处于下止点（BDC）时，跨越两个纵向轴线的平面形成了至少一个补偿重物的中心平面。也就是说，当活塞处于BDC时，对称地分割补偿重物的平面可与活塞的纵向轴线对准。以这种方式，在一个示例中，补偿重物可以配置为补偿曲轴曲拐的质量。

在另外的示例中，内燃发动机可以配置成使得在圆周方向上延伸，从中心平面开始至少朝向一侧的至少一个补偿重物的外侧具有距曲轴的纵向轴线的越来越大的距离s(α)。

在一个示例中，补偿重物的重心可以通过逐渐增大的距离s(α)进一步往外移位，即重心距曲轴的纵向轴线的距离被扩大，从而使作用杠杆的偏重重量增加。在另一个示例中，当距离s(α)大于中心平面中的距离R时，所述距离逐渐增大，即随着旋转角度α的增大，所述距离只要大于R即可被再次减小。在本文中，内燃发动机可以配置成使得在圆周方向上延伸，从中心平面开始朝向两侧的至少一个补偿重物的外侧具有距曲轴的纵向轴线的越来越大的距离s(α)。因此，至少一个补偿重物可以具有类似锤子的形状，其中所述补偿重物的重心进一步向外移动，即所述作用杠杆的偏重质量增加。在本文中，内燃发动机可以配置成使得从中心平面开始的所述外侧距曲轴的纵向轴线的距离s(α)相应地朝向两侧增加，使得在圆周方向上延伸的至少一个补偿重物的外部与中心平面对称地形成。

在一个示例中，在本文中所描述的曲柄驱动器中，其中至少一个活塞的纵向轴线与曲轴的纵向轴线相交，这个示例可实现补偿重物的设计，使得所述外侧距曲轴的纵向轴线的距离s(α)的尺寸被设计为使得当活塞通过下止点并且补偿重物经过活塞时，至少一个补偿重物和活塞之间的距离保持基本相同。

进一步在其它示例中，内燃发动机还可以配置成使得从中心平面开始的所述外侧距曲轴的纵向轴线的距离s(α)朝向两侧不同地改变。这样的示例可以是有益的，当所述曲轴箱被偏心布置时，即它具有偏置，并且曲轴的纵向轴线以距活塞的纵向轴线一定距离延伸。

进一步在一个示例中，内燃发动机可以配置成使得曲轴的纵向轴线与活塞的纵向轴线相间隔地延伸，其中在活塞处于BDC时，穿过曲轴的纵向轴线并且平行于活塞的纵向轴线延伸的平面形成了补偿重物的中心平面。

进一步在一个示例中，内燃发动机可以配置成使得所述外侧距曲轴的纵向轴线的距离s(α)的尺寸被设计为使得当活塞通过下止点并且补偿重物经过活塞时，至少一个补偿重物和活塞之间的距离保持基本相同。本示例中的补偿重物的外侧允许利用曲轴箱内的可用空间。在这方面，可以不是活塞的实际形状，而是一种装备有形成基部的外壳（envelope）的活塞。以这种方式，可以增加传动系统的紧凑性。

在另一示例中，内燃发动机的曲柄驱动器可包括三个汽缸和/或三个相应的曲轴曲拐。

也可使用内燃发动机的实施例，其中曲轴的圆周表面和纵向轴线之间的距离表示为函数s(α)：

s(α)=R+R[1-cos(α)+1/λ-1/λ(1-λ²sin²(α))^0.5]，其中

R表示在中心平面中的距离s(α=0)，

α是从下止点处的活塞开始的曲轴的旋转角度，并且

λ为r/L的比，其中L为连杆长度，而r为曲柄半径。

如果所述外侧距曲轴的纵向轴线的距离s(α)的大小根据以上公式设计，则对于其中所述活塞的纵向轴线与曲轴的纵向轴线相交而不具有偏置的曲柄驱动器，当活塞通过下止点并且补偿重物经过活塞时，基于旋转角度α的补偿重物和活塞或活塞外壳之间的距离保持相同。

也可以使用内燃发动机的实施例，曲轴的圆周表面和纵向轴线之间的距离由函数s(α)表示为：

s(α)=R+R[1-cos(α)-1/λ(1-λ²sin²(α)+2λμsin(α)-μ²)^0.5+1/λ(1-μ²)^0.5]，其中：

R表示在中心平面中的距离的s(α=0)，

α是自下止点处的活塞开始的曲轴的旋转角度，

λ为r/L的比，其中L为连杆长度，而r为曲柄半径，以及

μ为A/L的比，其中A作为曲轴的纵向轴线距至少一个活塞的纵向轴线的距离。

如果所述外侧距曲轴的纵向轴线的距离s(α)的大小是根据以上公式设计的，则对于其中所述曲轴的纵向轴线与活塞的纵向轴线相间隔地延伸并具有偏置A的曲柄驱动器，当活塞通过下止点并且补偿重物通过活塞时，基于旋转角度α的补偿重物和活塞或活塞外壳之间的距离保持相同。

在一些示例中，内燃发动机可以配置成使得补偿重物包括偏重质量以补偿旋转替代质量的质量力。进一步在一些示例中，内燃发动机可以配置成使得补偿重物包括偏重质量以补偿由第一级数的质量力引起的力矩。

如已经指出的，例如在三缸直列式发动机中以及在五缸直列式发动机或具有六个或八个汽缸的V型发动机中的由第一级数的质量力引起的力矩可以通过用作偏重并彼此相对地旋转的两个补偿重物来补偿。与曲轴同步旋转的第一补偿重物可以布置在曲轴本身上，因此不提供平衡器轴。然后，曲轴自身承担平衡器轴的功能。

本文还描述了一种用于生产最初所描述类型的内燃发动机的曲轴的方法。该方法可包括锻造曲轴以及在曲轴上布置的补偿重物。所述曲轴和补偿重物可以在结构上类似于在此描述的曲轴和补偿重物。在一个示例中，所述曲轴与所述补偿重物可以落锤锻造在一起。可替换地，曲轴可以与布置在曲轴上的补偿重物铸造在一起，接着进行机械加工。另一个变体将是一个装配式曲轴，其中曲轴以模块形式构造。

图1简要地示出了内燃发动机50的实施例的曲柄驱动器1的部件的侧视图，其中活塞5位于下止点（BDC）。活塞5位于汽缸12中。尽管描述了单个汽缸和活塞，但可以理解的是，发动机50可以包括对应活塞的额外的汽缸。发动机还可包括相应于额外活塞的曲轴曲拐。具体地，在一个实施例中，发动机50可以包括三个汽缸和三个相应的活塞以及三个曲轴曲拐。

曲柄驱动器1包括曲轴2和活塞5，该活塞5经由连杆7枢转地连接到曲轴2，其中在一个示例中，所述连杆经由在小连杆头孔中的活塞销6（例如，活塞螺栓）枢转连接到所述活塞5，并且在大连杆头孔中可转动地安装在曲轴2的曲轴轴颈3b上。在所描述的示例中，该曲轴轴颈3b由相关联的曲轴曲拐3的两个分开的曲轴臂3b横向界定。然而，已经考虑了其他的曲柄轴颈、曲轴臂和/或曲轴曲拐的位置。

当曲轴2绕纵向轴线2a旋转时，活塞5沿着其纵向轴线5a进行摆动运动（旋转方向α如箭头所示）。活塞5的纵向轴线5a与曲轴2的纵向轴线2a相交。

在与曲轴曲拐3相对的一侧上，用作偏重的补偿重物4安装在曲轴2上以用于质量补偿的目的。在所述示例中，当活塞5位于下止点（BDC）时，跨越活塞5的纵向轴线5a与曲轴2的纵向轴线2a的平面形成补偿重物4的中心平面4a。然而，已经考虑了活塞、曲轴和补偿重物的其它的相对位置和/或几何形状。在其它示例中，在发动机中可以存在多于一个的补偿重物。具体地，在一个示例中，每个汽缸中可存在至少一个补偿重物或者每个汽缸中可以具有多于一个的补偿重物。曲轴箱14可至少部分地包围曲轴2和补偿重物4。另外，当活塞被布置在下止点时，中心平面4a可延伸通过活塞中的活塞销的纵向轴线。

由现有技术可知，补偿重物4不形成具有在曲轴的旋转轴线上的中心点的圆弧（见虚线），其中面向外的侧面，即在圆周方向上延伸的外侧4b'具有在旋转角度α上距曲轴2的纵向轴线2a的恒定距离R。相反地，在圆周方向上延伸到纵向轴线2a的补偿重物4的外侧4b的圆周表面10和纵向轴线2a之间的距离s(α)的幅度沿着所述圆周表面10的长度变化（例如，增大或减小）。外侧4b也可以称为面向外的侧面。在图1所示的实施例中，距离s(α)从中心平面4a朝向补偿重物4的两个横向侧面（8和9）相应地增大。在所描绘的示例中，横向侧面是大体平面的。然而，已经考虑了其它横向侧面轮廓。所述横向侧面可以称为第一横向侧面8和第二横向侧面9。在所描述的示例中，在圆周方向上延伸的补偿重物4的外侧4b与中心平面4a对称地形成。然而，已经考虑了其它补偿重物轮廓（例如，几何形状和/或尺寸）。在所述示例中，补偿重物4具有锤子状形状，其中与传统设计的补偿重物的重心4c'相比，所述补偿重物4的重心4c进一步移向外侧。因此，补偿重物4的重心4c进一步移向外侧，这是因为在中心平面4a的两侧上不断增大的距离s(α)，即重心4c距曲轴2的纵向轴线2a的距离增大，使得偏重质量的有效杠杆增大。

已经考虑了圆周表面10的其它轮廓。例如，圆周表面10可以包括平面区段或具体地在一个示例中可以是跨其长度基本为平面的。然而，在描述的示例中，圆周表面10是弯曲的。进一步在其它示例中，距离s(α)可以沿着圆周表面10的长度从中心平面4a仅向第一横向侧面8或仅向第二横向侧面9增加。进一步在其它示例中，该距离s(α)可以沿着圆周表面10的长度向第一横向侧面8和向第二横向侧面9增加变化的量。

图2示出了用于生产内燃发动机的曲轴的方法200。该方法200可实现以用于生产上述关于图1描述的发动机和曲轴，或者可用于生产另一种合适的发动机和曲轴。

在202，该方法包括锻造曲轴和布置在曲轴上的补偿重物，所述补偿重物包括具有圆周表面的面向外的侧面，从面向外的侧面的圆周表面到曲轴的纵向轴线的距离沿面向外的侧面的圆周表面的长度是不恒定的。具体地在一个示例中，曲轴和补偿重物可以落锤锻造在一起。进一步在另一个示例中，曲轴和补偿重物可以被铸造和/或机械加工。

注意，本文包括的示例性控制和估计程序可用于各种发动机和/或车辆系统配置。在此公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中。本文所述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。这样，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行或在某些情况下省略。类似地，处理的顺序不是实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所必须要求的，但是被提供以便于说明和描述。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以基于所使用的特定策略而重复地执行。进一步，所描述的动作、操作和/或功能可以图形表示代码以被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中。

可以理解的是，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，且这些具体实施例不应视为具有限制意义，因为各种变化都是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸及其他发动机类型。本发明的主题包括各种系统和配置以及本文公开的其他特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

所附权利要求特别指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能引用“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这样的权利要求应被理解为包括一个或一个以上这样的元件的结合，既不要求也不排除两个或两个以上这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过修改现有权利要求或通过在本申请或相关申请中提交新的权利要求而要求保护。这样的权利要求，无论范围比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，同样被视为包括在本发明的主题内。

附图标记的列表

1 曲柄驱动器

2 曲轴

2a 曲轴的纵向轴线，旋转轴线

3 曲轴曲拐

3a 曲轴臂

3b 曲轴轴颈

4 补偿重物，偏重质量

4a 中心平面

4b 补偿重物的外侧

4b' 根据现有技术的补偿重物的外侧

4c 补偿重物的重心

4c' 根据现有技术的补偿重物的重心

5 活塞

5a 活塞的纵向轴线

6 活塞销

7 连杆

8 第一横向侧面

9 第二横向侧面

10 圆周表面

12汽缸

14曲轴箱

50发动机

s(α)补偿重物的外侧距曲轴的纵向轴线的距离

α旋转角度、曲轴角度

Claims (15)

1.一种具有汽缸和曲柄驱动器的内燃发动机，所述内燃发动机包括：

曲轴，其中安装在曲轴箱中的所述曲轴具有用于所述汽缸的相关联的曲轴曲拐；

补偿重物，其被布置在与所述曲轴曲拐相对的侧面上的所述曲轴上用作质量补偿的平衡块；

其中所述补偿重物包括面向外的侧面，并且从所述面向外的侧面的圆周表面到所述曲轴的纵向轴线的距离沿所述面向外的侧面的所述圆周表面的长度是不恒定的；和

与通过连杆枢转地连接到所述曲轴的所述汽缸对应的活塞，其中所述连杆在一端通过活塞螺栓枢转地连接到所述活塞，并在另一端可旋转地安装在所述曲轴的相关联的曲轴曲拐的曲轴轴颈上；

其中所述活塞的纵向轴线与所述曲轴的所述纵向轴线相交，并且当所述活塞处于下止点时，跨越两个所述纵向轴线的平面构成所述补偿重物的中心平面；

其中从在圆周方向上延伸的所述面向外的侧面的所述圆周表面到所述曲轴的所述纵向轴线的所述距离用函数s(α)表示，并且s(α)＝R+R[1-cos(α)+1/λ-1/λ(1-λ²sin²(α))^0.5]，其中R表示所述中心平面中的所述距离s(α＝0)，α是所述曲轴从位于下止点的活塞开始的旋转角度，λ是r/L的比值，其中L为所述连杆的长度，而r为所述曲柄的半径。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中从所述补偿重物的所述面向外的侧面的所述圆周表面到所述曲轴的所述纵向轴线的所述距离的大小在朝着至少一个横向侧面的方向上增大，所述距离从所述中心平面开始并向着所述补偿重物的所述至少一个横向侧面延伸。

3.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中从所述补偿重物的所述面向外的侧面的所述圆周表面到所述曲轴的所述纵向轴线的所述距离的大小在向着横向侧面的两个方向上增大，所述距离从所述中心平面开始并向着所述补偿重物的两个横向侧面延伸。

4.根据权利要求3所述的内燃发动机，其中从所述补偿重物的所述面向外的侧面的所述圆周表面到所述曲轴的所述纵向轴线的所述距离在向着两个侧面的方向上相应地增大，使得所述补偿重物关于所述中心平面对称地形成，所述距离从所述中心平面开始并向着所述补偿重物的两个横向侧面延伸。

5.根据权利要求3所述的内燃发动机，其中当所述活塞布置在下止点即BDC处时，所述中心平面在所述活塞中延伸通过活塞销的纵向轴线。

6.根据权利要求1所述的内燃发动机，当所述曲轴的纵向轴线与所述活塞的纵向轴线相间隔地延伸时，从在所述圆周方向上延伸的所述面向外的侧面的表面到所述曲轴的所述纵向轴线的所述距离用函数s(α)表示，并且s(α)＝R+R[1-cos(α)-1/λ(1-λ²sin²(α)+2λμsin(α)-μ²)^0.5+1/λ(1-μ²)^0.5]，其中R表示所述中心平面中的所述距离s(α＝0)，α是所述曲轴(2)从位于下止点的活塞开始的旋转角度，λ为r/L的比值，其中L为所述连杆的长度，而r为所述曲柄的半径，并且μ为A/L的比值，其中A为所述曲轴的所述纵向轴线距至少一个活塞的所述纵向轴线的距离。

7.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述补偿重物配置为至少部分地补偿经由所述曲柄驱动器产生的质量力。

8.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述补偿重物配置为至少部分地补偿补偿经由所述曲柄驱动器产生的第一级数的质量力。

9.一种用于生产发动机曲轴的方法，所述方法包括：

锻造曲轴和布置在所述曲轴上的补偿重物，所述补偿重物包括具有圆周表面的面向外的侧面，其中从所述面向外的侧面的所述圆周表面到所述曲轴的纵向轴线的距离沿所述面向外的侧面的所述圆周表面的长度是不恒定的，

其中从在圆周方向上延伸的所述面向外的侧面的所述圆周表面到所述曲轴的所述纵向轴线的所述距离用函数s(α)表示，并且s(α)＝R+R[1-cos(α)+1/λ-1/λ(1-λ²sin²(α))^0.5]，其中R表示中心平面中的所述距离s(α＝0)，α是所述曲轴从位于下止点的活塞开始的旋转角度，λ是r/L的比值，其中L为连杆的长度，而r为曲柄的半径。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述曲轴与布置在所述曲轴上的至少一个补偿重物一起被落锤锻造。

11.一种发动机，其包括：

曲轴；

曲轴箱，其至少部分地包围所述曲轴；和

补偿重物，其被布置在包括面向外的侧面的圆周表面的所述曲轴上，所述曲轴的旋转轴线和所述圆周表面之间的距离沿所述圆周表面的长度变化；并且

其中从在圆周方向上延伸的所述面向外的侧面的所述圆周表面到所述曲轴的纵向轴线的距离用函数s(α)表示，并且s(α)＝R+R[1-cos(α)+1/λ-1/λ(1-λ²sin²(α))^0.5]，其中R表示中心平面中的所述距离s(α＝0)，α是所述曲轴从位于下止点的活塞开始的旋转角度，λ是r/L的比值，其中L为连杆的长度，而r为曲柄的半径。

12.根据权利要求11所述的发动机，其中所述曲轴的所述旋转轴线和所述补偿重物的所述圆周表面之间的所述距离在向着所述补偿重物的第一横向侧面的方向和向着所述补偿重物的第二横向侧面的方向中的至少一个方向上增大，并且其中所述曲轴与所述补偿重物一体形成。

13.根据权利要求11所述的发动机，其中所述曲轴的所述旋转轴线和所述补偿重物的所述圆周表面之间的所述距离在向着所述补偿重物的第一横向侧面的方向上增大。

14.根据权利要求13所述的发动机，其中所述曲轴的所述旋转轴线和所述补偿重物的所述圆周表面之间的所述距离在向着第一横向侧面的方向和向着不同的第二横向侧面的方向上都增大。

15.根据权利要求12所述的发动机，其中所述圆周表面是弯曲的。