CN105697142B - 发动机 - Google Patents

Abstract

一种发动机，包括：飞轮(31)，可绕固定的飞轮轴(70)旋转；曲轴(30)，可绕平行于飞轮轴(70)的曲轴的轴(60)旋转；耦接装置(32,50)，将所述曲轴和所述飞轮耦合，以使所述曲轴(30)的旋转带动所述飞轮(31)的旋转。该发动机还包括曲轴调节装置(40,41)，用于在多个径向位置之间径向地移动所述曲轴的轴(60)，其中所述径向是相对于所述飞轮轴(70)的。

Description

发动机

技术领域

本发明涉及发动机，尤其涉及一种曲轴可相对于其所耦合的飞轮的轴径向移动的发动机。

背景技术

目前，在汽车行业，将节约燃料最大化和将汽车排放最小化引起了极大的关注。这也激起了开发具有更少数量汽缸的小型发动机的兴趣。然而，在传统发动机中，如果汽缸数少于四个，则会造成运行不平稳的问题，而且缸的数量越少，该问题越严重。

在内燃发动机的运作周期内，由于输入至曲轴的旋转力是不恒定的，因此由动力冲程产生的扭矩也是不断变化的。例如，在单缸发动机中，所有的扭矩输入均在动力冲程期间，而在压缩，排气和进气冲程期间，曲轴需要来自飞轮的能量输入以保持旋转。因此，在动力冲程期间，存在明显的“扭矩尖峰”10，如图1所示。扭矩尖峰的出现意味着发动机的运行不平稳，特别是在发动机低速运转时，因为这将造成令人不快的、甚至破坏性的振动。具有四缸或更多汽缸的发动机，由于这些汽缸被设置在发动机一个运作周期的不同时间点火，因此只显示出很小的扭矩尖峰。但相对于具有更少汽缸的发动机，这种发动机体积相对较大，消耗的燃料更多，且制造成本更高。因此，需要一个相对简单且造价不高的方式，用于提高具有少量汽缸的发动机的运作平稳度。

另外，发动机在其运作期间可以通过改变压缩比显著地节约燃料。例如，柴油发动机的压缩比通常被设置的相对较高，以使其容易启动。但是，一旦发动机开始运转，则需要使用一个不会明显降低发动机效率的较低压缩，这会带来减小应力，降低排放和减少噪音的好处。在传统发动机中，压缩比是固定的。虽然有些设计也试图获得具有变化压缩比的发动机，但设计出来的发动机的系统过于复杂。因此，还需要一个相对简单且造价不高的方式，用于改变发动机在运作期间的压缩比。

发明内容

本发明解决的问题是发动机的运行不平稳，和压缩比的不可变。

根据本发明的一个方面，提供了一种发动机，包括：飞轮，该飞轮绕固定的飞轮轴旋转；曲轴，该曲轴绕平行于飞轮轴的曲轴的轴旋转；耦接装置用于耦接飞轮和曲轴，以使曲轴的旋转带动飞轮的旋转；和曲轴调节装置，用于在多个径向位置之间相对于飞轮轴的径向移动曲轴的轴。因此，曲轴的轴可在平行于飞轮轴的多个径向位置之间变化。曲轴调节装置可将曲轴的轴设置于特定的位置。径向位移和径向位置意味着曲轴的轴径向偏离飞轮轴。曲轴的轴从一个位置到另一个位置的运动并不是必须为纯粹的径向运动，可能还具有周向分量。耦接装置可将曲轴直接耦接于飞轮，从而曲轴的旋转运动被直接传递至飞轮。优选的是，耦接装置不具有任何相对于曲轴和飞轮均可运动的部件。

耦接装置可配合曲轴的轴相对于飞轮轴的径向运动，以使得曲轴的轴在被径向移动的同时依然保持与飞轮的耦接。曲轴调节装置可将曲轴的轴设置在与飞轮轴同轴的共轴位置，也可将曲轴的轴设置在偏离飞轮轴的偏离位置。根据发动机运行特征的需要，曲轴调节装置可将曲轴的轴设置在多个偏离位置的其中之一。

曲轴调节装置可包括至少一可调轴承，该轴承具有轴承环，曲轴的端部轴颈可旋转地装配于该轴承环内，其中，该轴承可绕径向偏离轴承环轴的轴承轴旋转，从而轴承的旋转可引起曲轴的轴的径向运动。轴承可包括轴承壳，该轴承壳可为圆筒状。轴承环可被装配于轴承壳内的偏心位置上，从而轴承壳可绕轴承壳的中心轴承轴旋转，因此，轴承也可绕轴承壳的中心轴承轴旋转。该轴承轴可以可旋转地偏离飞轮轴。在可调节轴承的角位置的其中之一，轴承环轴可与飞轮轴同轴。

曲轴调节装置可包括多个可调轴承，每个可调轴承均具有轴承环，曲轴的端部轴颈可旋转地装配于相应的轴承环内，其中，曲轴调节装置可以同步地调节这些可调轴承转动，从而使曲轴的轴保持与飞轮轴平行。曲轴调节装置还可包括公共臂，该公共臂将多个可调轴承耦接在一起，以使这些可调轴承同步地移动或旋转。

曲轴调节装置可包括驱动装置，用于转动可调轴承。曲轴调节装置可包括处理器，用于控制驱动装置；其中该处理器配置成能够致使驱动装置对每个可调轴承的转动，从而基于发动机的一个或多个运行参数调节曲轴的轴的径向位置。该一个或多个运行参数可包括发动机的速度，其中，当发动机的速度达到预设阀值时，处理器能够致使驱动装置将曲轴的轴与飞轮轴对齐。

曲轴调节装置可沿实质上平行于发动机的汽缸的轴的方向移动曲轴的轴。曲轴调节装置也可沿实质上垂直于发动机的汽缸的轴的方向移动曲轴的轴。

耦接装置可包括固定连接于曲轴的第一部分和固定连接于飞轮的第二部分。第一部分可直接与第二部分接合。第一部分可包括拉杆。第二部分可包括形成于飞轮内的开口，该开口可与拉杆配合。拉杆和开口被设置成可相互配合的形状，从而随着曲轴的轴偏离飞轮轴，曲轴的旋转引起的拉杆与开口之间的相对旋转运动作为飞轮的一转的第一部分，拉杆与开口之间的相对线性运动作为飞轮的一转的第二部分。拉杆和开口形状可被配置成能够使得一转的第一部分与发动机周期内的曲轴输出的扭矩为最大水平时的部分相一致。拉杆和开口形状可被配置成能够使得一转的相对运动为旋转的部分的长度取决于曲轴的轴与飞轮轴之间的位移。

本发明还涉及一种车辆，包括此处所述的发动机。

附图说明

图1是现有单缸发动机的平均扭矩相对于曲轴位置的曲线图；

图2是现有双缸发动机的部分示意图；

图3是依本发明的一个实施例的双缸发动机的部分示意图；

图4a是图3中的发动机的可调轴承的端视图；

图4b是图3中的发动机的可调轴承的透视图；

图5a是图4a中的可调轴承位于共轴位置时的示意图；

图5b是图4a中的可调轴承被旋转至偏离曲轴的轴时的示意图；

图6是图3中的发动机的飞轮的端视图；

图7是图3中的发动机的飞轮的另一端视图；

图8是图3中的发动机的飞轮的另一端视图；

图9是用于图3中的发动机的飞轮和拉杆的替换模式的透视图；

图10a-d是图9中的飞轮和拉杆的替换模式在一转的四个不同位置时的示意图；

图11a是当可调轴承被设置在第一位置时，图3中的发动机的曲轴，连杆和活塞在一转期间的两个不同时间点的示意图；以及

图11b是当可调轴承被设置在第二位置时，图3中的发动机的曲轴，连杆和活塞在一转期间的两个不同时间点的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图2，阐释了传统双缸四冲程发动机的曲轴20和飞轮21，该发动机的汽缸成直线排列。曲轴20将位于汽缸(未示出)内的活塞产生的动力冲程转换为旋转运动并传递至飞轮21。曲轴20包括三个轴颈24a，24b和24c。端部轴颈24a和24c通过轴承(未示出)可旋转地装配于发动机壳23内。每对相邻的轴颈之间配置有曲轴销25，曲轴销25偏离轴颈一段距离，该距离被称为曲轴半径。曲轴销25通过肋板(webs)26连接至轴颈24。轴颈，曲轴销和肋板固定地连接(例如，通过铸造成一体结构)，从而它们之间不可能存在相对运动。在发动机中，每个曲轴销25被可旋转地连接于活塞的连杆。曲轴20的左手端被固定地连接于飞轮21，从而曲轴20和飞轮21可一起旋转。

在运行中，通过活塞点火将扭矩输入至曲轴20，然后传递至飞轮21。因为在发动机的循环中扭矩不是被连续生成的(仅在每个活塞的动力冲程期间生成)，扭矩仅在曲轴和飞轮的每转的部分期间施加于飞轮21。在每转的其它部分，通过飞轮存储的转动能，扭矩又被从飞轮传递至曲轴。换句话说，在每转期间，曲轴交替地加快、然后放缓飞轮的旋转。在实践中，需要减小这种效应的幅值(例如，减小发动机扭矩尖峰的幅度)，因为这意味着发动机更加平稳地运行，以及发动机组件损耗的降低。

发动机的压缩比是指活塞位于其运动范围的一个极限位置时封闭在汽缸内的体积与活塞位于其运动范围的另一个极限位置时封闭在汽缸内的体积之比。因此，压缩比的大小取决于活塞的运动范围，因而取决于曲轴半径。由此可见，在传统的发动机中，压缩比由发动机的结构所固定。发动机通常被配置成具有一个固定的压缩比，该压缩比的选择是在最大化热效率(压缩比越大，热效率越高)和避免燃料爆炸(压缩比越大，越容易发生)之间的折中选择。为了保证发动机能被方便地启动，相对较高的压缩比依然是必须的，尤其是柴油发动机。但是，在许多情况下，需要使用较低的压缩比，因为这会降低发动机的应力，以及发动机的排放水平和产生的噪音。在许多发动机设计中，当发动机处于正常运行速度时，在不明显降低发动机效率的情况下，其压缩比可以明显低于其原定的设计值。

根据本发明的一些实施例提供的发动机，扭矩尖峰可通过机械方式被至少部分的降低。根据本发明的其它一些实施例提供的发动机，在发动机的运行期间，压缩比可被改变或兼具降低扭矩尖峰的效果。

接下来将描述本发明的能够提供这些效果的一个实施例。

参照图3，阐释了一个示例性发动机的曲轴30和飞轮31，在本实施例中，该发动机为双缸四冲程发动机。曲轴31的设计和制造类似于图2中的传统曲轴20，即包括三个轴颈34a，34b和34c，还包括曲轴销35和肋板36。在运行中，曲轴30绕曲轴的轴旋转，飞轮31绕飞轮轴旋转。飞轮轴是固定的，曲轴的轴是可以被改变的。在本实施例中，曲轴的轴可以从与飞轮轴同轴的位置产生径向移动。曲轴30和飞轮31被耦接在一起，从而曲轴的旋转可带动飞轮的旋转，反之亦然。另外，曲轴30和飞轮31之间的耦接装置是可以配合曲轴的轴的上述改变或移动的，下面会详细地描述。飞轮31以传统方式连接至传动系统和驱动机构。这种设计的优点将在下面详细描述。

参照图4a，4b，5a和5b，为了使得曲轴的轴60是可被改变的，曲轴通过曲轴调节装置被可旋转地装配于发动机壳33，该曲轴调节装置包括可调轴承布置。所述可调轴承布置包括第一和第二可调轴承40以及用于调整可调轴承40的驱动装置。所述第一和第二可调轴承40均包括轴承壳42和轴承环44。曲轴30的端部轴颈34a和34c(参照图3)被分别可旋转地容纳于第一和第二可调轴承40的轴承环44内。因此，曲轴的轴60是由第一和第二可调轴承40的轴承环44的轴界定的。

轴承壳42实质上为圆筒状，环形的轴承环44被偏心地装配于轴承壳42内，从而轴承环44的轴48平行于且径向偏离于轴承壳42的轴46。轴承环44具有圆形开口，该开口的直径略大于曲轴30的端部轴颈34a和34c的直径。第一和第二可调轴承40被可转动地装配于发动机壳33内，且轴承壳42的轴平行于且径向偏离于飞轮31的轴70。尽管可调轴承40被可旋转地配置以使其角位置可被调整，但是将可调轴承40固定在一个特定的角位置也是可能的。这能够被所属领域的人员通过设计出一些恰当的机制实现，因此此处不再进一步地阐述。轴承40被可旋转地装配于一位置，该位置能够使得在可调轴承40的一个角位置时，轴承环44的轴48,以及曲轴的轴60与飞轮31的轴70同轴。这被定义为共轴位置并在图5a中被很好的显示。由于轴承壳42的旋转轴偏离飞轮轴70和轴承环44的轴48，轴承壳42的角调整或旋转可以径向地、相对于飞轮31的轴70地，移动轴承环44的轴48和曲轴的轴60。如图5b所示，顺时针地旋转可调轴承40可以径向地移动轴承环44的轴48和曲轴的轴60向上并偏离飞轮轴70。而逆时针地旋转可调轴承40可以移动曲轴的轴60向下。轴承40的旋转角度改变了曲轴的轴60径向偏离飞轮轴70的程度。值得注意的是，在任何给定时间时，每个可调轴承40的角位置均一样，从而使得曲轴的轴60平行于飞轮轴。

每个可调轴承40配置有径向延伸的控制杆41，当驱动器拉或推该控制杆41时，可调轴承40的角位置被改变。在本实施例中，两个可调轴承40的控制杆41接合在一起，如图4b所示，以保证它们的角位置一起改变。在一些实施例中，驱动器为连接至控制杆41的液压驱动器(未示出)。其它恰当类型的驱动器和/或连接方式也可被使用。该驱动器是由处理器控制的，例如安装有该发动机的车辆的发动机控制单元。

向左移动控制杆41(开始于所述的共轴位置)将顺时针地旋转可调轴承40并向上移动曲轴的轴60(例如，朝着汽缸)，而向右移动控制杆41(开始于所述的共轴位置)将逆时针地旋转可调轴承并向下移动曲轴的轴60(例如，远离汽缸)。这将改变汽缸中活塞的位置。在一个替换实施例中，可调轴承40被装配成相对于不同的轴46旋转，从而旋转轴承将水平地(即，与汽缸的轴垂直地)而不是垂直地(即，与汽缸的轴平行地)移动曲轴30的轴。曲轴的这种垂直运动不会显著的改变汽缸中活塞的位置。改变可调轴承的角位置达到的效果将在下面涉及发动机运行的部分进一步阐释。

在一实施例中，可调轴承40被如此配置，使得可调轴承40的在某一位置相对于其与飞轮轴的共轴位置所产生的1rad的变化能够致使轴承轴60的偏心距在0mm至8mm之间改变。在一些实施例中，8mm是可调轴承40的配置能提供的最大径向位移。但是，最大位移也可能是其它数值。例如，在一些实施例中，可调轴承40被配置成能够提供的最大径向位移为10mm。在另一些实施例中，可调轴承40被配置成能够提供的最大径向位移为5mm。可调轴承40所能提供的最大径向位移范围可为3-12mm。

可调轴承40在没有提供任何位移时的位置和可调轴承40在提供最大位移时的位置之间的变化，可能大于也可能小于1rad。该角位置的变化范围可能为0.5-3rad。

如上所述，飞轮31被可旋转地装配于发动机壳33，从而飞轮轴70相对于发动机壳33是固定的。为了配合轴承的轴60在可调轴承40的某设定模式下发生的径向位移，曲轴30通过拉杆(图3中未示出)的方式耦接于飞轮31，该拉杆被固定地连接于(例如，通过形成一体结构)曲轴30的端部。拉杆与飞轮31内的槽32相配合。这种布置可以保证发动机的驱动输出能够保持以飞轮轴70为中心，而与曲轴30的径向位移无关。

参照图6，阐释了一示例性的拉杆布置，该拉杆是从飞轮31的端面为视角的。飞轮31包括中心槽32用于配合旋转不对称的拉杆50。拉杆50包括第一圆形部分52和第二圆形部分51，第一圆形部分52与曲轴30的轴同轴，第二圆形部分51延伸于第一圆形部分52并且与第一圆形部分52不同轴。在图6中，第二圆形部分是由三个圆弧构成的不规则形状。第二圆形部分51的径向外侧是以曲轴30的轴为中心的圆弧。但是，在另一些实施例中(比如，图9所示)，第二圆形部分包括一完整的或近似完整的圆。在这些实施例中，第二圆形部分51的直径大于第一圆形部分52的直径。在上述两种情况下，拉杆50的形状均为旋转不对称的。中心槽52对称于与飞轮轴70垂直且交叉的轴。在图6所示的实施例中，槽32的上方和下方具有位于中心的圆弧形凹坑，凹坑的半径与圆形部分52的半径大体上相同。但是，在另一些实施例中，槽的上方和下方是平整的(比如，图9所示的实施例)。第一圆形部分52的直径远小于槽32的主要高度(例如，将凹坑排除)，同时第二圆形部分51的高度略小于槽32的高度。

拉杆50是与曲轴30一体形成的，因此拉杆与曲轴均绕曲轴的轴60旋转，其中，曲轴的轴60与圆形部分52的轴相一致。从图6中可以看出，拉杆50和槽32的相对配置能够允许拉杆50和槽32之间存在有限程度的线性运动和旋转运动。但是，所允许的相对旋转运动的程度可能显著小于一整转，从而在曲轴的每转的大部分期间，曲轴30的旋转均可以被传递至飞轮31。在一些实施例中，在拉杆和槽之间配置有托架(未示出)，以缓冲相对运动，从而避免这两个部件之间高机械应力的形成。

槽32不是必须如图6所示的完全贯穿飞轮31。相反，在一些实施例中，槽32仅部分的穿过飞轮31，以在飞轮31内有效地形成凹槽或腔体。

下面将阐述图3至图5所示的示例性发动机的运行。

当发动机运行时，连接于曲轴30的活塞的点火将引起曲轴30绕曲轴的轴60旋转。如果可调轴承布置的可调轴承40被设置在共轴位置(图5a所示)，曲轴的轴60与飞轮轴70同轴(例如，两个轴之间没有径向位移)。图7显示了拉杆50在可调轴承40被设置在共轴位置时的位置。可以看出，拉杆50的旋转轴60(与曲轴30的旋转的轴60相同)位于飞轮31的中心。从图7中可以看出，当拉杆50在该位置时，拉杆50和槽32的相对形状不允许拉杆50和槽32之间的任何相对旋转运动或线性运动。因此，曲轴30和飞轮31被有效地，固定地耦接，正如在传统发动机中，曲轴30和飞轮31被限制为可以一起旋转。

这意味着，当可调轴承40被设置在共轴位置时，发动机以与传统双缸四冲程发动机的相同方式运行。这尤其适用于高发动机速度时，以最大化发动机的效率并避免拉杆机制的过度损耗。在一些实施例中，发动机由发动机管理单元控制，该发动机管理单元被配置成能够在发动机速度达到预设阀值时，致使驱动器将可调轴承设置在共轴位置。在这样的一些实施例中，预设阀值为2000rmp。在低发动机速度时，可调轴承不适于被设置在共轴位置，从而可以实现降低扭矩尖峰和改变发动机压缩比的优点。因此，在一些实施例中，发动机管理单元被配置成能够在发动机速度低于预设阀值时，致使驱动器将可调轴承40调整至离开共轴位置。

当可调轴承40被绕着轴承壳轴46旋转至不是共轴位置的角位置时(如图5b所示)，轴承环44的轴48不再与飞轮轴70同轴，因此，曲轴30径向偏离，从而曲轴的轴60平行于且径向偏离于飞轮轴31的轴。这致使拉杆50在槽32内移动，从而圆形部分52的轴(与曲轴的轴60相同)偏离飞轮轴70。图8展示了当可调轴承40被设置在能够提供曲轴的轴60相对于飞轮轴70的向上最大(图8所示)位移时，拉杆50的位置。可以看出，拉杆50的旋转轴(与曲轴的轴60相同)位于飞轮31的旋转轴70之上。在可调轴承40的另一些角位置(不是共轴位置)时，位移将小于最大值，因而与图8相比，曲轴的轴60与飞轮轴70之间更近。在另一些角位置时，曲轴的轴60将位于飞轮轴70之下。在另一些实施例中(没有被阐释)，可调轴承40被配置成能够使得曲轴30沿着水平方向而不是竖直方向位移(当以图4a和4b所示的方式调整发动机的方向时)。在这样的实施例中，曲轴的轴60将位于飞轮轴70的左边或右边。

当曲轴30旋转时，拉杆50的不规则形状意味着其第二圆形部分51将描绘出绕曲轴的轴60的圈。因为槽32的形状允许拉杆50和飞轮30之间有限程度的相对运动，因此拉杆50的旋转能驱动飞轮绕飞轮轴70旋转，且飞轮轴70不同于曲轴的轴60。槽32的形状与拉杆50的形状相配合，从而在一转的进程中飞轮和曲轴之间具有机械效益变化。这是因为槽32和拉杆50的相对形状允许拉杆50和槽32之间相对旋转运动以作为每转的一部分，还允许拉杆50和槽32之间相对线性运动以作为每转的一部分。这些部分可能重叠，从而在每转的一些部分拉杆50和槽32之间可能既有相对旋转运动又有相对线性运动。在每转的其它部分，拉杆50和槽32之间可能没有相对运动(典型的是，拉杆50和槽32之间可能没有相对运动的部分是非常简短的或瞬间即逝的)。

机械效益取决于槽32和拉杆50的相对位置。当拉杆50的第二圆形部分51的中心与连接曲轴的轴60和飞轮轴70的直线对齐时，基于轴60和70的并置关系(juxtaposition)，曲轴30与飞轮31之间的机械效益为最大值或最小值。如果飞轮轴70置于第二圆形部分51的中心和曲轴的轴60之间，机械效益则为其最小值。这种情况用于对齐。在制造过程中，拉杆50相对于曲轴30的方向被设置为能够使得曲轴30产生的扭矩的最大值的出现(例如动力冲程)与机械效益为最小值时的一转的部分(飞轮70置于第二圆形部分51的中心和曲轴的轴60之间时的部分)相一致。这意味着在每个活塞的动力冲程的至少部分期间更少的扭矩从曲轴30传递至飞轮31(与可调轴承40被设置在共轴位置时相比)，这具有抚平扭矩尖峰的效果。在一些实施例中，发动机运作循环的具有明显的机械效益消减的部分的长度取决于曲轴的轴60相对于飞轮轴70的径向位移的程度。因此，扭矩尖峰的消减效果的大小能够通过调整可调轴承40的角位置来控制。该扭矩尖峰消减效果的程度足以使得，在发动机扭矩相同时，依本发明实施例的双缸发动机比四缸发动机更平稳。

当可调轴承40被设置在偏心位置时，拉杆和槽之间的配合在图10a-d中被进一步阐释，图10a-d展示了第二个示例性拉杆布置在曲轴的一转期间的四个不同时间点的情况。图9展示了图10a-d中的拉杆布置的细节。在本实施例中，飞轮槽320由两个从飞轮表面310向外延伸的半圆形凸起321a和321b形成。拉杆500包括环形外部501，环形外部501的反面由延伸横跨环形外部直径的中挺502连接。中挺502的中间部分包括与曲轴300的轴同轴的第一圆形部分520。中挺的其它部分包括延伸于第一圆形部分520且与第一圆形部分520不同轴的第二圆形部分510。不同于前面所述的实施例，图9中，第二圆形部分510具有圆形形状。第二圆形部分510的直径大于第一圆形部分520的直径。第一圆形部分520的直径明显小于槽320的宽度，同时第二圆形部分510的直径略小于槽320的宽度(例如，足以使得托架能被设置在其间)。托架322(可由，例如，低摩擦的塑性材料制成)被设置在第二圆形部分510附近以缓冲拉杆500和飞轮310之间的相对运动，以及避免两个部件之间高机械应力的产生。凹坑323可被设置在凸起321a和321b的拐角之下，该凹坑用于使得中挺502的与第二圆形部分510相反的端被部分的置于凸起321a和321b之下。与没有凹坑相比，这允许拉杆500和飞轮300之间更大程度的相对旋转。

图9中的拉杆布置在可调轴承40被设置在偏心位置时的运行由图10a-d阐释。这些图显示了在一转的四个时间点拉杆500和飞轮300的位置。可以看出，每个相连图之间，飞轮大概顺时针旋转90°。飞轮310和拉杆500之间的相对旋转被如实显示如下，在图10a和图10c之间中挺502的与第二圆形部分510相反的端被从与凸起321a相邻移动至与凸起321b相邻(实际上，部分地位于凸起321b之下)。在图10b和10d中，该端大致位于两个凸起的中间。同时，飞轮310和拉杆500之间的相对线性运动被如实显示如下，在图10b和图10d之间托架322被从槽320的最外端移动至接近槽的中心(托架可与拉杆500一起运动)。在图10a和图10c中，托架大致位于两个极限位置的中间。当拉杆布置为图10d所示的配置时，飞轮310和曲轴300之间的机械效益为最小。因此，优选的是，相对于曲轴300调整拉杆500的方向，从而使得这种布置与发动机的动力冲程相一致，以实现前述的扭矩尖峰消减的优点。

在本发明的一些实施例中，发动机管理单元被配置成能够根据发动机的一个或多个运行参数，比如运行速度，调整可调轴承40的角位置(通过启动器的方式)，以改变扭矩尖峰消减的量。扭矩尖峰在发动机速度低时是一个重要的问题，但是在发动机速度高时变得不那么显著。因此，在本发明的一些实施例中，为了最大化发动机效率和降低拉杆机制的损耗，发动机管理单元被配置成能够在发动机速度高于预设阀值(例如2000rmp)时，致使驱动器将可调轴承40设置在共轴位置。

有利效果是，上述由拉杆机制实现的活塞产生的扭矩的衰减，使得在飞轮驱动发动机(在启动期间时)时，飞轮31具有高机械效益。这意味着，如果可调轴承40被设置成能提供相对较大程度的曲轴的轴60的位移时，启动发动机所需的扭矩较低，因为该扭矩为保持发动机运转时的扭矩。这意味着发动机的启动更加容易，使得通过使用不那么强大的启动马达和/或低压缩比启动发动机成为可能。这还意味着，低的空转速度可以被使用，这会提高发动机的燃烧效率并减少排放。

另一个源于扭矩尖峰消减效果(由本发明的实施例提供)的有利效果是，对双飞轮的需要被消除(在传统的具有较少数量汽缸的发动机中，这是必须的以减少扭矩尖峰造成的振动)。双飞轮相对于单飞轮，更加复杂而且易于出故障。相对于传统的具有较少数量汽缸的发动机，本发明的实施例更加简单，便宜和可靠。

接下来阐述图3至6中的示例性发动机的压缩比的改变过程。如上所述，当可调轴承40被设置在共轴位置以外的位置时，曲轴30相对于发动机壳33移动，因而曲轴30将相对于汽缸移动。由于曲轴通过连杆连接于活塞，基于曲轴是否被移动至平行于或垂直于汽缸的轴，曲轴30的位移将可能改变汽缸中活塞的位置。

图11a和11b展示了这种效果是如何被用于改变发动机压缩比的。曲轴销(不可见)平行于且径向偏离于曲轴的轴，偏离的程度取决于肋板81的长度。因此，在曲轴30的每转期间，曲轴销描绘出一个圈80(以曲轴的旋转轴为中心)。曲轴销的运动由活塞83的点火驱动，曲轴销通过连杆84连接于活塞83。活塞83在汽缸内往复运动以响应汽缸内的燃料的点火(动力冲程)或由曲轴30和连杆84输入的来自飞轮31的扭矩。

图11a展示了可调轴承40被设置在能够使得曲轴30位于位置A时的情况。在位置A，曲轴30被按照向下的、且平行于汽缸85的方向移动，从而使得曲轴的轴60位于飞轮轴70之下，直至可调轴承40允许的最大程度。从图11a可以明显的看出，由活塞83密封的最小汽缸体积(图11a的右边所示)和最大汽缸体积(图11a的左边所示)均被增加。如此一来，压缩比相对于发动机的“自然”压缩比(例如，当可调轴承被设置在共轴位置以使得曲轴的轴60没有位移时的压缩比)有所增加。因此，在可调轴承40的该位置(后面称为“最大CR位置”)，压缩比被增加至最大值。

图11b展示了可调轴承40被设置在能够使得曲轴30位于位置B时的情况。在位置B，曲轴30被按照向上的、且平行于汽缸85的方向移动，从而使得曲轴的轴60位于飞轮轴70之上，直至可调轴承40允许的最大程度。从图11b可以明显的看出，由活塞83密封的最小汽缸体积(图11a的右边所示)和最大汽缸体积(图11a的左边所示)均被减小。如此一来，压缩比相对于发动机的“自然”压缩比有所减小。因此，在可调轴承40的该位置(后面称为“最小CR位置”)，压缩比被减小至最小值。

通过将可调轴承40设置在最大CR位置和最小CR位置之间的中间位置，将产生中间级的压缩比。共轴位置为最大CR位置和最小CR位置中间，在该位置时，压缩比为发动机的自然压缩比。

在一些实施例中，可调轴承40被布置成能够通过改变可调轴承40的角位置以使曲轴的轴垂直于汽缸的轴。曲轴30的这种垂直运动不会明显改变汽缸内活塞的位置，因此不会明显的影响发动机的压缩比。在这种实施例中，可以获得扭矩尖峰消减的效果，而不改变发动机的压缩比。

在一实施例中，贯穿1rad的8mm的偏心距的变化将导致活塞压缩位置8mm的变化。这可以被用于将汽油发动机的压缩比从6:1改变至12:1，或者将柴油发动机的压缩比从16:1改变至20:1。在本发明的一些实施例中，发动机管理单元被配置成能够根据发动机的一个或多个运行参数，使用上述的机制改变压缩比。在这种实施例中，发动机管理单元被配置成能够将可调轴承40设置(通过驱动器的方式)在高压缩比位置以启动发动机，并且接下来一旦发动机开始运转，则将可调轴承40设置在低压缩比位置。在一些实施例中，发动机管理单元被配置成能够根据发动机的速度改变压缩比。

有利效果是，可以通过依本发明的实施例提供的方式改变发动机的压缩比，以使得特定情况下使用的给定发动机的压缩比低于该发动机的自然压缩比，且不明显的降低其效率。这将减小发动机的应力，降低排放并减少噪音。

由于在通过拉杆布置引起可调轴承40至所有非共轴位置时，均会出现扭矩尖峰消减，因此在所有可能的压缩比设置时均能实现扭矩尖峰消减的优点。

尽管本发明的上述描述是关于四冲程双缸发动机的，但是本发明可以被具体化为任何形式的每转点火一次的内燃，比如两冲程单缸发动机。另外，本发明的一些实施例可以被模块化，使得创造出具有更高平稳度和变化压缩比的较大的发动机。例如，两个依上面图3至6所述的实施例的双缸曲轴/飞轮布置可以被连接在一起，以形成单一的四缸发动机，与传统发动机相比，该发动机更平稳且燃烧效率更高。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (21)

1.一种发动机，其特征在于，包括：

飞轮，可绕固定的飞轮轴旋转；

曲轴，可绕曲轴的轴旋转，所述曲轴的轴平行于所述飞轮轴；

耦接装置，将所述曲轴和所述飞轮耦接，以使所述曲轴的旋转带动所述飞轮的旋转；以及

曲轴调节装置，可在多个径向位置之间相对于所述飞轮轴径向地移动所述曲轴的轴；

其中所述曲轴调节装置包括至少一可调轴承，所述可调轴承包括轴承环，所述曲轴的轴颈可旋转地装配于所述轴承环内，所述可调轴承可绕轴承壳的轴旋转，所述轴承壳的轴径向偏离轴承环轴，从而所述可调轴承的旋转能引起所述曲轴的轴的径向移动；

其中所述耦接装置包括第一部分和第二部分，所述第一部分固定连接于所述曲轴，所述第二部分固定连接于所述飞轮，所述第一部分与所述第二部分直接接合；

其中所述第一部分包括拉杆，所述第二部分包括位于所述飞轮内的开口，所述拉杆和所述开口配合；

其中所述拉杆和所述开口的形状相配合，从而随着所述曲轴的轴偏离所述飞轮轴，所述曲轴的旋转能致使所述拉杆和所述开口之间的相对旋转运动和相对线性运动，其中所述相对旋转运动为飞轮的一转的第一部分，所述相对线性运动为飞轮的一转的第二部分；

轴承壳的轴平行于且径向偏离于飞轮的轴。

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中所述耦接装置被配置成能配合所述曲轴的轴相对于所述飞轮轴的径向运动。

3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中所述曲轴调节装置能将所述曲轴的轴设置在共轴位置，在所述共轴位置时，所述曲轴的轴与所述飞轮轴同轴。

4.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，其中所述曲轴调节装置能将所述曲轴的轴设置在共轴位置，在所述共轴位置时，所述曲轴的轴与所述飞轮轴同轴。

5.根据权利要求1至4的其中任意一项所述的发动机，其特征在于，其中所述曲轴调节装置能将所述曲轴的轴设置在偏离所述飞轮轴的偏离位置。

6.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中所述轴承环的轴可旋转地偏离所述飞轮轴。

7.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中在所述可调轴承的角位置的其中之一时，所述轴承环轴与所述飞轮轴同轴。

8.根据权利要求6所述的发动机，其特征在于，其中在所述可调轴承的角位置的其中之一时，所述轴承环轴与所述飞轮轴同轴。

9.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中所述曲轴调节装置包括多个所述可调轴承，每个所述可调轴承包括轴承环，所述曲轴的轴颈可旋转地装配于所述轴承环内，其中，所述轴承调节装置能够同步地调整所述多个可调轴承，从而使曲轴的轴保持与飞轮轴平行。

10.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，其中所述曲轴调节装置包括公共臂，所述公共臂将所述多个可调轴承耦合，从而使得所述多个可调轴承能够同步地运动。

11.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中所述曲轴调节装置包括驱动装置，用于旋转所述可调轴承。

12.根据权利要求11所述的发动机，其特征在于，其中所述曲轴调整装置包括：

处理器，用于控制所述驱动装置；

其中，所述处理器被配置成能致使所述驱动装置旋转所述可调轴承，以基于发动机的一个或多个运行参数调整所述曲轴的轴的径向位置。

13.根据权利要求12所述的发动机，其特征在于，其中所述一个或多个运行参数包括发动机速度，所述处理器被配置成能够在所述发动机速度达到预设阀值时，致使所述驱动装置将所述曲轴的轴与所述飞轮轴对齐。

14.根据权利要求1至4的其中任意一项所述的发动机，其特征在于，所述曲轴调节装置能够以平行于发动机的汽缸的轴的方向移动所述曲轴的轴。

15.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述曲轴调节装置能够以平行于发动机的汽缸的轴的方向移动所述曲轴的轴。

16.根据权利要求1至4的其中任意一项所述的发动机，其特征在于，所述曲轴调节装置能够以垂直于发动机的汽缸的轴的方向移动所述曲轴的轴。

17.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述曲轴调节装置能够以垂直于发动机的汽缸的轴的方向移动所述曲轴的轴。

18.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中所述拉杆和所述开口的所述形状能够使得所述一转的所述第一部分与发动机循环的在所述曲轴输出的扭矩为最大时的一部分相一致。

19.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中所述拉杆和所述开口的所述形状能够使得所述一转的相对运动为旋转的所述部分的长度取决于所述曲轴的轴和所述飞轮轴之间的位移的量。

20.根据权利要求18所述的发动机，其特征在于，其中所述拉杆和所述开口的所述形状能够使得所述一转的相对运动为旋转的所述部分的长度取决于所述曲轴的轴和所述飞轮轴之间的位移的量。

21.一种车辆，其特征在于，包括前述权利要求的其中任意一项所述的发动机。