CN105179455A - 用于发动机的曲轴以及使用该曲轴的发动机 - Google Patents

Abstract

一种用于发动机的曲轴，包括主轴颈(21)、连杆轴颈(22)和平衡块(23)，主轴颈(21)和连杆轴颈(22)通过曲柄臂(24)交错连接，每个连杆轴颈(22)的其中一端的曲柄臂(24)上远离连杆轴颈(22)的位置设置有平衡块(23)，连杆轴颈(22)的轴线与主轴颈(21)的轴线平行，在每个平衡块(23)上垂直于主轴颈(21)的轴线方向设置有贯穿平衡块(23)的通道(25)，在每个平衡块(23)的外端部设置有若干个连通通道(25)的油道。本发明具有以下优点：利用曲轴的旋转，通过通道和油道达到油气分离的目的，同时可以达到冷却曲轴和降低曲轴质量的目的。结果，能够降低机油消耗量，减少污染物排放量，同时提高了曲轴的可靠性和降低了成本。

Description

用于发动机的曲轴以及使用该曲轴的发动机

技术领域

本发明涉及一种用于工程机械和汽车等的发动机的曲轴，并且还涉及一种应用该曲轴的发动机。

背景技术

目前，随着国家排放法规的日益严格，特别是国Ⅴ法规的逐渐实行，对机油耗的要求越来越高，而且机油中的颗粒物对人体伤害极大，是造成雾霾的重要因素。公知的柴油机中，大量的采用油气分离器等外界辅助机构，进行油气分离，成本高昂，且滤芯需进行更换，旧件仍然会对环境也是很大的污染。

曲轴是发动机中最重要的部件，它承受发动机的连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。常规曲轴结构包括待装上发动机的连杆的连杆轴颈和待装上发动机的机体的主轴颈，发动机的主轴承孔与曲轴的主轴颈同轴线，连杆轴颈和主轴颈交错设置，连杆轴颈的轴线平行于主轴颈的轴线，且通常在两侧的连杆轴颈和主轴颈的连接处和中间的连杆轴颈和主轴颈的连接处还设置有平衡块。现有结构的曲轴在机体内部旋转，曲轴所占的体积和重量非常的大，但其仅仅起到支撑和传动的作用。因此，有必要对曲轴的能力进行研究创新，使其具有等多的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种能够降低机油消耗量，减少污染物排放量，同时提高了曲轴的可靠性和降低成本的用于发动机的曲轴。

本发明的发明人发觉曲轴箱内大量的油气混合气体，伴随着曲轴的旋转进行着旋转，并且当活塞运行的时候，从气缸套周边的油气混合的气流速度是最快的。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种用于发动机的曲轴，包括主轴颈(21)、连杆轴颈(22)和平衡块(23)，主轴颈(21)和连杆轴颈(22)通过曲柄臂(24)交错连接，其中最内端和最外端的连杆轴颈(22)的朝向一致，中间的连杆轴颈(22)的朝向一致，每个连杆轴颈(22)的其中一端的曲柄臂(24)上远离连杆轴颈(22)的位置设置有平衡块(23)，连杆轴颈(22)的轴线与主轴颈(21)的轴线平行，在每个平衡块(23)上垂直于主轴颈(21)的轴线方向设置有贯穿平衡块(23)的通道(25)，在每个平衡块(23)的外端部设置有若干个连通通道(25)的油道。

作为优化的技术方案，通道(25)的通道入口(24)处有铸造圆角。

作为优化的技术方案，在通道(25)与每一个油道的相通处，有光滑过渡圆角。

作为优化的技术方案，所述的通道(25)是圆弧形状，且与曲轴(13)的主轴颈(21)同轴。

上述通道(25)是圆弧形状的方案中，优化的，各油道(26、27、28)的延长线通过主轴颈(21)的轴线。

或者，上述通道(25)是圆弧形状的方案中，优化的，各油道(260、270、280)的中心线与通道(25)的中心线相切，并且每一个油道的混合气进气侧与通道(25)的相接处的倒角大于油道的混合气背气侧与通道(25)的相接处的倒角。

上述方案中，优化的，每个平衡块(23)上的油道(260、270、280)与通道(25)过渡处的半径尺寸被设定为逐渐增大，距离通道入口(24)越远，油道的尺寸越大。

优化的，所述的通道(25)在所述的旋转方向上，保持内径恒定。

作为另一种通道可选的形状，所述通道(25’)的轴线呈直线，且直线型通道(25’)的轴线的方向与连杆轴颈(22)和主轴颈(21)的轴心的连线方向垂直。

本发明还提供一种具有上述任一方案所述的曲轴结构的发动机，所述曲轴(13)的主轴颈(21)固定在发动机的机体(12)的主轴承孔内，机体(12)的主轴承孔与曲轴(13)的主轴颈(21)同轴线。

本发明相比现有技术具有以下优点：利用曲轴的旋转，通过通道和油道达到油气分离的目的，同时可以达到冷却曲轴和降低曲轴质量的目的。结果，能够降低机油消耗量，减少污染物排放量，同时提高了曲轴的可靠性和降低了成本。

附图说明

图1本发明实施例一提供的发动机的曲轴的构造及其周边零件的截面图；

图2为图1中的线A-A的剖视图；

图3为本发明新型曲轴的侧面结构示意图；

图4为图3中曲轴的仰视图；

图5为图3中曲轴的左视图；

图6为沿图3中的线B-B的剖视图；

图7为沿图4中的线C-C的剖视图；

图8为实施例的实验1的结果；

图9为实施例的实验2的结果；

图10为实施例二的通道和油道结构示意图；

图11为实施例三的通道和油道结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

请参阅图1、2所示，本实施例的发动机为四缸柴油发动机，其中图1中示出了一个气缸11的结构，每个气缸11内包括一个活塞5和一个连杆6。活塞5能够垂直往复的在气缸11内运行，活塞5通过连杆12连接到气缸11下部的曲轴13上，即连杆12的小端固定连接在活塞5上，使得活塞5的往复运动通过连杆6变换为曲轴13的旋转。这些零部件的运行全部都是在机体12内运行。

汽缸盖3连接到机体12的上部，汽缸盖3、机体12以及活塞5限定出燃烧室10，喷油器4布置在燃烧室10的上部。

燃烧室10的进气门2和排气门1分别连接到发动机的汽缸盖3上。曲轴13的旋转，通过齿轮15的传动带动凸轮轴20和摇臂18，进而控制进气门2和排气门1的开关。进气管16通过进气道7连接在进气门2上，排气管19通过排气道8连接在排气门1上。

用于燃料喷射的喷油器4设置在燃烧室10的上方，喷油器4是由喷油泵(未画出)控制压力，喷射燃料到燃烧室10中。喷射出的柴油与进气混合形成混合气，曲轴13转动，带动活塞5上行，压燃混合气，燃烧的能量带动活塞5下行，进而带动曲轴13旋转。

在这些过程中，由于很多零部件需要机油冷却，而且机油受热挥发，与活塞5的窜气一起形成了大量的油气混合气体，存在与曲轴箱(由机体12和油底壳14等组成)中，最终通过汽缸盖罩17排到大气中。

上述发动机的运行状态由ECU(电子控制单元，未画出)控制。ECU基于来自诸如水温传感器、空气流量计、发动机转速传感器、凸轮位置传感器和EGR位置控制传感器的输出，控制诸如轨压、喷油器4等部件来执行发动机的各种控制。

其中曲轴13一般通过铸造球铁，后进行加工形成。如图1所示，连杆6的大端连接到曲轴13的连杆轴颈22上。同时参阅图3所示，所述曲轴13包括主轴颈21、连杆轴颈22和平衡块23，主轴颈21和连杆轴颈22通过曲柄臂24交错连接，其中最内端和最外端的连杆轴颈22的朝向一致，中间的连杆轴颈22的朝向一致，每个连杆轴颈22的其中一端的曲柄臂24上远离连杆轴颈22的位置设置有平衡块23，因此，最内端和最外端的平衡块23的朝向一致，中间的平衡块23的朝向一致，所述曲轴13的主轴颈21固定在机体12的主轴承孔内，机体12的主轴承孔与曲轴13的主轴颈21同轴线，连杆轴颈22的轴线与主轴颈21的轴线实质上是平行的。本实施例的发动机为四缸柴油发动机，因此图3中所示的连杆轴颈22有4档，主轴颈21有5档，平衡块23有4块。

上面所描述的发动机和其中曲轴的构造为现有一般通用的发动机和曲轴的构造，本发明的创新点在于对现有发动机和的曲轴13结构的改进，从而实现降低机油消耗量，减少污染物排放量的效果。当然，这种曲轴13的改进结构，应用于现有其他结构的发动机上时，具有一样的降低机油消耗量，减少污染物排放量的效果。

同时参阅图4至图7所示，下面对曲轴13的形状进行详细的描述。

在下面的描述中，为了描述的简明，当在图4的仰视图中观察曲轴13时，沿曲轴主轴颈21方向为“X方向”，而垂直于主轴颈21的垂直方向称为“Y方向”。另外，见图3，沿平衡块的方向，且与主轴颈垂直的方向为“Z方向”。

图5是图3中的线B-B的剖视图，图6是图4中的线C-C的剖视图。本发明的改进点在于，在每个平衡块23的圆周上设置有贯穿平衡块23的通道25，在每个平衡块23的外端部设置有若干个连通通道25的油道，本发明实施例中，设置了3个油道26、27、28。

现在对曲轴13的作用过程进行详细的描述。

首先曲轴13旋转以后，在曲轴箱(由机体12和油底壳14等组成)内存在大量的油气混合气体。从通道入口24处，会进入大量的混合气体。原因有以下两点：一：通道入口24处为迎气面，压力大，通道出口29为背气面，压力小；二：油道26、27、28和通道出口29的面积之和大于油道进口24，行程负压，抽吸效应。

当油气混合气体由通道进口24进入通道25后，高速旋转时的离心力，会使大的油滴紧靠在通道25的外壁上，会在第一个油道26处甩出油道26，被甩到油底壳14或者机体12上面，最终回到油底壳14，经过第一次分离后，油气混合气体会进一步的分离，然后通过第二、第三个油道27、28，达到油气分离的目的。

如上所述，根据依照所述实施例的曲轴13，可以利用燃烧时曲轴13的转动，将曲轴箱内的油气混合气分离。结果证明，油气分离效率提高，机油消耗量大幅下降，大幅改善了污染排放，并且能够降低曲轴自重，减小摩擦损失，改善了燃料消耗率。

现在对所实施的确认上述实施例的效果的实验以及所述实验的结果进行描述。在所述的实验中，具有通道和油道的曲轴13与不具有通道和油道的曲轴分别被装配到发动机(直列四缸柴油发动机)中，通过24h机油耗试验(实验1)和燃油消耗对比实验(实验2)。

图8示出了实验1的结果。图9示出了实验2的结果

如图8所示，具有根据本发明的通道和油道的曲轴13的发动机实现了比装配常规曲轴的发动机24h机油消耗量节省了60％，大幅降低了污染物排量。

如图9所示，具有根据本发明的通道和油道的曲轴13的发动机，在保持同样功率的情况下，实现了比装配常规曲轴的发动机的24h的燃油消耗量减少了9kg，燃油消耗率降低了1％，对能源的节约有着积极的意义。

作为优化的结构，通道25的通道入口24处有铸造圆角，利于气体导向作用。

而更进一步的优化，在通道25与每一个油道的相通处，有光滑过渡圆角，利于油滴流通。

本实施例中，在每个平衡块的圆周上有的通道25，连接着的油道26、27、28，但是，关于设置的具体位置和通道和油道的尺寸，根据具体的曲轴的大小和使用的场合由本领域的一般技术人员确定。

该实施例中，所述的通道25是圆弧形状，且与曲轴13的主轴颈21同轴，油道26、27、28的延长线通过主轴颈21的轴线。

该实施例中，所述的通道25包括相邻的两个朝向一致的平衡块23内的通道25和另外两个相邻的朝向一致的平衡块23内的通道25。并且作为优化的技术方案，每个平衡块23上的油道26、27、28与通道25过渡处的半径尺寸被设定为逐渐增大，以靠近转向末端的内径最大，即距离通道入口24越远，油道的尺寸越大，油道28与通道25的过渡处的半径比油道27与通道25的过渡处的半径大，油道27与通道25的过渡处的半径比油道26与通道25的过渡处的半径大。

并且，该结构中，作为优化的实施方案，所述的通道25在所述的旋转方向上，保持内径恒定。

实施例二

请参阅图10所示，该实施例与实施例一的区别在于曲轴13的油道的结构的不同，其他结构均与实施例一完全相同。

在图10所示的改进例中，油道用260、270、280标示，该实施例更改了油道的260、270、280走向和形状，油道260、270、280的中心线与通道25的中心线相切，并且每一个油道与通道25的相接处的倒角在混合气进气侧较大，背气侧较小。

该实施例中，每个平衡块23上的油道260、270、280与通道25过渡处的半径尺寸被设定为逐渐增大，以靠近转向末端的内径最大，即距离通道入口24越远，油道的尺寸越大，油道280与通道25的过渡处的半径比油道270与通道25的过渡处的半径大，油道270与通道25的过渡处的半径比油道260与通道25的过渡处的半径大。

实施例三

请参阅图11所示，该实施例与实施例一的区别在于曲轴13的通道和油道的结构的不同，其他结构均与实施例一完全相同。

在图11所示的改进例中，通道用25’标示，油道用26’、27’、28’标示，该实施例更改了通道25’和油道26’的走向和形状，通道25’的轴线呈直线，且直线型通道25’的轴线的方向是与连杆轴颈22和主轴颈21的轴心的连线方向垂直。油道26’的延长线通过主轴颈21的轴线。图11中只给出了一个油道，本领域人员可以理解，如同实施例一和实施例二相同，油道的数量设置为至少一个。

在以上所述的实施例和改进例中，本发明应用于工程机械的多缸柴油机的曲轴。本发明不局限于此，并且可以运用于工程机械的柴油发动机。本发明还可以应用于除工程机械以外的发动机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于发动机的曲轴，包括主轴颈(21)、连杆轴颈(22)和平衡块(23)，主轴颈(21)和连杆轴颈(22)通过曲柄臂(24)交错连接，其中最内端和最外端的连杆轴颈(22)的朝向一致，中间的连杆轴颈(22)的朝向一致，每个连杆轴颈(22)的其中一端的曲柄臂(24)上远离连杆轴颈(22)的位置设置有平衡块(23)，连杆轴颈(22)的轴线与主轴颈(21)的轴线平行，其特征在于，在每个平衡块(23)上垂直于主轴颈(21)的轴线方向设置有贯穿平衡块(23)的通道(25)，在每个平衡块(23)的外端部设置有若干个连通通道(25)的油道。

2.根据权利要求1所述的用于发动机的曲轴，其特征在于，通道(25)的通道入口(24)处有铸造圆角。

3.根据权利要求1所述的用于发动机的曲轴，其特征在于，在通道(25)与每一个油道的相通处，有光滑过渡圆角。

4.根据权利要求1所述的用于发动机的曲轴，其特征在于，所述的通道(25)是圆弧形状，且与曲轴(13)的主轴颈(21)同轴。

5.根据权利要求4所述的用于发动机的曲轴，其特征在于，各油道(26、27、28)的延长线通过主轴颈(21)的轴线。

6.根据权利要求4所述的用于发动机的曲轴，其特征在于，各油道(260、270、280)的中心线与通道(25)的中心线相切，并且每一个油道的混合气进气侧与通道(25)的相接处的倒角大于油道的混合气背气侧与通道(25)的相接处的倒角。

7.根据权利要求5或6所述的用于发动机的曲轴，其特征在于，每个平衡块(23)上的油道(260、270、280)与通道(25)过渡处的半径尺寸被设定为逐渐增大，距离通道入口(24)越远，油道的尺寸越大。

8.根据权利要求1所述的用于发动机的曲轴，其特征在于，所述的通道(25)在所述的旋转方向上，保持内径恒定。

9.根据权利要求1所述的用于发动机的曲轴，其特征在于，所述通道(25’)的轴线呈直线，且直线型通道(25’)的轴线的方向与连杆轴颈(22)和主轴颈(21)的轴心的连线方向垂直。

10.一种具有权利要求1至9任一项所述的曲轴结构的发动机，其特征在于：所述曲轴(13)的主轴颈(21)固定在发动机的机体(12)的主轴承孔内，机体(12)的主轴承孔与曲轴(13)的主轴颈(21)同轴线。