CN105189168B - 重型卡车中的对置活塞发动机布局 - Google Patents

Abstract

一种用于重型卡车(10)的发动机布局配置包括底座和前轮组件(20)，底座具有在前端与后端之间、在底座的纵向上延伸的两个隔开的车架梁(16)，前轮组件(20)具有附接到车架梁的轮轴(22)。对置活塞发动机(30)被支承在车架梁上并被定位在前端(19)与轮轴(22)之间。对置活塞发动机包括具有纵轴线(A)的气缸组件(40)，所述纵轴线(A)被设置在车架梁之间并相对于纵向垂直定向。替代地，对置活塞发动机包括设置在所述梁之间并且在纵向上延伸的一排气缸(41)。

Description

重型卡车中的对置活塞发动机布局

技术领域

本发明涉及装备有二冲程循环对置活塞发动机的交通工具。具体地，本发明包括在交通工具结构中垂直设置的多缸对置活塞发动机的布局，特别是重型卡车的这种布局。

背景技术

二冲程循环发动机是一种利用曲轴的单个完整旋转和连接到曲轴的活塞的两个冲程完成动力循环的内燃发动机。二冲程循环发动机的一个示例为对置活塞发动机，其中一对活塞相对设置在气缸的孔中以用于在其中往复地滑动运动。每个气缸具有排气口和进气口。每个端口包括一个或更多个开口阵列或序列，其被圆周设置在靠近气缸的相应端部的气缸壁中。活塞的往复运动控制端口的操作。

对置活塞发动机相对于其他二冲程发动机具有若干有利特征。此类优点包括低的燃烧室表面与容积比、优异的净化能力、多气缸设计中的良好发动机平衡和优异的功率/重量比。这些优点和其他优点激发将对置活塞发动机适合重型卡车的交通工具设计的发展。

卡车为一种装备有发动机的交通工具，其被设计用于运载和/或拖拉负载。中型卡车和重型卡车以及工作卡车(统称为“重型卡车”) 通常在重量、容量和/或目的方面进行定义。一种有用的定义(其并不旨在限制)见于49U.S.C.32901(a)(7)和(19)。典型的重型卡车构造共有一些共同的结构特征。假定发动机设置在交通工具前部(“前端布局”)、散热器和其他热交换器位于卡车的发动机室前部。单个实心前轮轴与板簧悬架连用。实心后轮轴通常一前一后地驱动交通工具。动力传动系统沿着交通工具的纵轴线定向，其中传动装置安装在发动机后面并且驱动轴将动力传输至(一个或更多)后轮轴。重型卡车的主要结构元件包括仅在车轮内部、从前到后延伸的成对的车架梁。

具有前端布局的重型卡车的结构能够包括直接将发动机 安装在车架梁之间、前轮轴上方。这是L-4、L-5、L-6、V-6和V-8发动机构造的特点。这类卡车通常具有不同的轮轴后移(setback)，但仍然频繁的情况是发动机被安装在前轮轴上方。两种典型的驾驶室构造用于重型卡车中的前端布局。一种构造为平头式布置，其中驾驶员的驾驶室安装在发动机上方。在另一种布置中，驾驶室安装在发动机后面，其中发动机罩覆盖发动机。然而，情况是，对置活塞发动机的细长气缸轮廓导致不寻常的发动机形状，这难以将其安放在这些类型的重型卡车结构中；不过，已经进行了一些尝试。

Commer卡车装备有位于平头式构造中的前端安装Rootes-Lister TS二冲程对置柴油发动机。该发动机包括水平设置在卡车的动力传动系统上方的一排三个气缸。活塞通过摇臂连杆耦接到单个曲轴。TS发动机初始被设计用于相对低动力的应用。随着动力需求增加，需要更大的气缸。然而，气缸长度受到卡车的侧梁之间的空间的约束。因此，当适合标准的重型卡车底座时，气缸的水平定向内在地限制这些发动机可实现的动力水平。此外，单个曲轴构架所必需的摇臂连杆布置增加了由于摩擦力造成的发动机功率损耗量，由此限制TS发动机可实现的效率。

伴随TS对置发动机设计的定向和构造问题限制了在重型卡车中使用对置发动机获得的益处。

因此，期望能够使交通工具诸如重型卡车配备有效的大位移对置活塞发动机同时保持此类交通工具共有的结构特征。

发明内容

针对摇杆式TS对置活塞发动机的摩擦问题的一个解决方案是使用双曲轴对置活塞配置，其省去了摇臂连杆。进一步，垂直设置这排气缸而不是水平设置允许气缸伸长，这使得发动机能够超越TS发动机可实现的动力。用于将常规发动机安放在平头式重型卡车中的典型方法是将发动机定位在实心横梁前轮轴上方；然而，垂直设置的双曲轴对置活塞发动机倾向于比用于重型卡车的常规发动机更高，并因此这种布局将是不利的。垂直设置的对置活塞发动机可安放在轮轴上方，但驾驶室的地板必须大幅升高以适应发动机的高度，或者发动机设计将折衷以使其在卡车的纵向上更长而在垂直方向上更短。

为根据本说明书中阐述的原理解决重型卡车中的垂直设置的双曲轴对置活塞发动机的布局问题，发动机被安放在前轮轴的前部，并且传动装置被安放在前轮轴后面，从而在发动机与传动装置之间形成间隔。曲轴被垂直设置的气缸隔开并且与卡车的纵向对齐，这允许对置活塞发动机的动力分接点(take-off point)相对于卡车的动力传动系统安放在有利位置。动力分接点与传动装置之间的耦接在轮轴上方伸过间隙，这允许轮轴相对于卡车行进，这对悬架承受道路不平来说是必要的。

因此，针对使重型卡车装配有具有一排气缸的前部安装的对置活塞发动机的问题的解决方案是定位发动机以便在车架梁之间的空间中、在卡车前轮轴的前部以垂直定向设置气缸轮廓。尽管垂直定向的气缸轮廓呈现出高的发动机构造，但前轮轴前部的布局在发动机室提供足够的垂直间隙，以关于前轮轴和驾驶室的内部降低发动机。在一些方面，发动机配置包括一排气缸和两个曲轴，每个曲轴安装在这排气缸的每端处。

用于重型卡车中的对置活塞发动机布局的一种配置包括底座和前轮组件，底座具有在前端与后端之间、在底座的纵向上延伸的两个隔开的车架梁，前轮组件具有附接到车架梁的轮轴。对置活塞发动机被支承在车架梁上并被定位在前端与轮轴之间。在一些方面，对置活塞发动机包括具有纵轴线的气缸组件，其中纵轴线被设置在车架梁之间并关于纵向垂直定向。在其他方面，对置活塞发动机包括设置在横梁之间并在纵向上延伸的一排气缸。

这些发动机布局配置提供将重型多缸对置活塞发动机的优点与许多不同制造商利用并且在许多不同国内外市场中售卖的普通型重型卡车结构合并的解决方案。

附图说明

图1为一种重型卡车的驾驶室部分的侧视图。

图2为被设置在图1的驾驶室部分的前部中的对置活塞发动机的分解图。

图3为组装的图2的对置活塞发动机的侧视图。

图4A和图4B分别为图3的组装的对置活塞发动机的前视图和后视图。

图5为示出重型卡车中的对置活塞发动机布局的部分平面示意图。

图6为图1的重型卡车的阴影渲染，其中动力传动系统根据图5 的配置安装在其中。

图7为示出根据图5的配置的对置活塞发动机关于重型卡车的车架梁、前轮轴和发动机通道组件的布局的侧视图。

图8示出根据图5的配置的对置活塞发动机关于重型卡车的车架梁、前轮轴和地板通道组件的布局。

具体实施方式

本说明针对重型卡车中的对置活塞发动机的布局，其包括底座和前轮组件，底座具有在前端与后端之间、在卡车的纵向上延伸的两个隔开的车架梁，前轮组件具有附接到车架梁的轮轴。对置活塞发动机被支承在车架梁上并被定位在前端与轮轴之间。在一个实施例中，对置活塞发动机包括具有设置在车架梁之间并关于纵向垂直定向的纵轴线的气缸组件。在另一个实施例中，对置活塞发动机包括设置在车架梁之间的空间中并在卡车纵向上延伸的一排气缸。

参考图1和图5，重型卡车10的前(前面)部包括具有底座14的驾驶室12，底座14具有在底座的前部17与后部18之间、在卡车的纵向上延伸的车架梁16。前部17延伸到卡车的前端19。驾驶室12位于前轮组件20上和上方，前轮组件20具有在底座的前部17附接到车架梁16的至少一个轮轴22。一个或更多个车轮24附接到轮轴22的每一端。

底座14的构造和组件为常规的。底座可以是由钢成分元件构建的梯型框架，钢成分元件的形状和尺寸根据任意具体应用要求设计。车架的尺寸可以根据对置活塞发动机和至少部分处于车架梁16之间的空间中的相关动力传动系统元件的布局的要求设计。优选通过常规元件和材料将卡车的动力传动系统和其他元件安装并附接到车架梁16。

按照图5，卡车10的动力传动系统(也称为“动力传动系统”) 包括对置活塞发动机30、传动装置组件32和驱动轴34。参考图2，对置活塞发动机包括气缸组件40，其包括安装在发动机组42中的多个气缸41。两个活塞44和45相对设置在每个气缸41的孔中。所述组将气缸41保持成一排，这限定一种直列式(或直线)发动机配置。互连曲轴系统包括以平行间隔配置设置的两个可旋转安装的曲轴50和52，以及连接曲轴并且将曲轴耦接到传动装置组件的齿轮系组件56。由于发动机30的垂直定向，曲轴50位于曲轴52的上方。曲轴50沿着这排气缸41的第一端纵向放置并且耦接到活塞44；曲轴52沿着这排气缸 41的第二端纵向放置并且耦接到活塞45。包括短轴57的动力传动系统驱动构件在一端附接到齿轮系组件56并且在另一端附接到传动装置组件构件(诸如飞轮58)，以便将发动机的动力分接点直接耦接到传动装置组件。

参考图2-5，在一些方面，当装配对置活塞发动机30时(图3、图4A、图4B)，发动机具有与气缸组件40的纵轴线A对齐的垂直维度 V(图2、图3、图5)。优选地，纵轴线A(图3)处于包含气缸41 的纵轴线的平面中(图2和图5)；例如，纵轴线可以与其中一个气缸 41的纵轴线一致。在图3、图4A和图4B所示的示例中，发动机的高度H沿着垂直维度获得。

作为有效的大位移对置活塞发动机，对置活塞发动机的配置以保持此类交通工具共有的结构特征的方式，很好地适于交通工具(诸如重型卡车)中的布局。就这一点而言，发动机经设置使得气缸组件关于卡车的纵向垂直定向，并且气缸组件的纵轴线贯穿车架梁之间的空间。从另一方面来看，对置活塞发动机包括被布置成排的气缸，该排设置在所述梁之间的空间中并在卡车的纵向上延伸。

如图5、图6和图7中最佳看见的，发动机30在前端19与轮轴22 之间的位置处被支承在车架梁16上。借助于例如安装到发动机30侧部的螺纹紧固构件59(如图4A和图4B中最佳看见的)，发动机30 可以被附接到安装在车架梁16上的支承托架(未示出)。在图5、图 6和图7所示的位置中，这排气缸41与卡车的纵向对齐并且延伸穿过车架梁16之间限定的空间。这种布局关于卡车的纵向以垂直定向设置气缸组件40并将气缸的纵轴线安放在贯穿车架梁16之间的空间的平面中。这排气缸41被定位在车架梁16之间的空间中的底座车架内并与卡车的纵向对齐。发动机30的顶部在车架梁16的上方延伸，而发动机30的底部在车架梁16的下方延伸。

如图3中最佳看到的，当装配发动机30时，在发动机30与传动装置组件58之间存在间隔60。将发动机的动力分接点耦接到飞轮58的动力传动系统驱动构件(轴57)伸过间隔。按照图5、图6和图7，对置活塞发动机30安放在前轮轴22的前部，这允许对置活塞发动机30比常规发动机位于卡车10中更低的位置。另外，飞轮58被安放在前轮轴22的后面，面向卡车的后端，并且经放置以耦接到传动装置组件 32的其他元件。间隔60允许轮轴22相对于卡车10行进，这对悬架承受道路不平来说是必要的；轴57被定位在间隔60与轮轴22上方。

参考图2，在一些方面，期望的是，发动机30的动力分接点不是下部曲轴52，而是在曲轴52上方的齿轮系56中的一些其他点。在一些方面，动力分接点可以是连接上部曲轴50和下部曲轴52的齿轮序列56中的、曲轴52上方的第一齿轮63。在这些方面，轴57经附接以与这个动力分接齿轮63旋转。这种布局的一个益处在于，轴57能够定位在轮轴22上方的足够高的位置，以便不妨碍必要的轮轴行进，同时仍与传动装置输入轴(不可见)对齐。在齿轮罩64(图2中最佳看见的)和钟形外壳65(图7中最佳看见的)中进行发动机30与传动装置组件32之间的结构性连接以及必要时的附加支撑，使得发动机30 和传动装置组件相当于单个结构单元。所产生的动力传动满足典型平头式重型卡车中的装备的需求而对卡车具有最小的修改，同时不影响高效对置活塞发动机的设计。

如图6、图7和图8所示，驾驶室12在地板通道组件70上或上方附接到车架梁，地板通道组件70限定驾驶室12内部的底部(地板)。发动机30的布局将发动机设置在地板通道组件70下方。

参考图4B，在其他方面，当根据在上文所述的实施例将发动机30 安放在卡车中时，以从垂直线V(例如贯穿飞轮58的轴线82)按顺时针方向或逆时针方向80旋转的定向设置发动机30可以是期望的。在这些情况中，发动机30的定向仍被认为在“垂直”定向的范围内。

尽管已经关于当前的优选实施例描述了发动机布局的原理，但应该清楚，在未背离所述原理的精神的情况下可做出各种修改。相应地，遵循这些原理的任何专利保护仅受所附权利要求的限制。

Claims (8)

1.一种卡车，其包括：

底座，其具有在前端与后端之间、在所述底座的纵向上延伸的两个隔开的车架梁；

前轮组件，其具有附接到所述车架梁的轮轴；和

对置活塞发动机，其被支承在所述车架梁上并被定位在所述前端与所述轮轴之间；

所述对置活塞发动机包括直列式气缸组件，所述直列式气缸组件包括设置在所述梁之间的空间中并在所述纵向上延伸的一排气缸；

其中所述气缸组件具有延伸穿过所述梁之间的空间的纵轴线；并且

其中所述气缸组件相对于所述纵向被垂直定向，进一步地其中所述对置活塞发动机包括被定位在所述气缸的相应排气端与进气端处的两个曲轴、耦接所述两个曲轴的齿轮组件和耦接到所述齿轮组件的动力传动系统驱动构件。

2.根据权利要求1所述的卡车，其中所述动力传动系统驱动构件被定位在所述轮轴上方。

3.根据权利要求2所述的卡车，其进一步包括定位在所述轮轴与所述后端之间的飞轮，其中所述动力传动系统驱动构件也耦接到所述飞轮。

4.根据权利要求1所述的卡车，其中所述对置活塞发动机被支承在平头位置中。

5.根据权利要求4所述的卡车，其中所述对置活塞发动机被支承在地板通道组件下方。

6.根据权利要求5所述的卡车，其中所述动力传动系统驱动构件被定位在所述轮轴上方。

7.根据权利要求6所述的卡车，其进一步包括定位在所述轮轴与所述后端之间的飞轮，其中所述动力传动系统驱动构件也耦接到所述飞轮。

8.根据权利要求5所述的卡车，其进一步包括在所述地板通道组件上方附接到所述车架梁的驾驶室。