CN107091271B - 曲轴 - Google Patents

Abstract

内燃发动机的曲轴具有设置在连杆轴承轴颈中的每个之间的主轴承轴颈是常见的。然而，为了减少发动机摩擦，能够使用最少的主轴承轴颈同时仍然满足设计目标是优选的。根据本公开的实施例，用于直列、四缸发动机的曲轴具有三个主轴承轴颈。桥接件，在第一连杆轴承轴颈和第二连杆轴承轴颈之间以及在第三连杆轴承轴颈和第四连杆轴承轴颈之间各一个。例如，与圆柱形桥接件相比，桥接件具有至少两个凹面的横截面以提高桥接件的强度而无需大大增加用于桥接件中的材料的质量。另外，穿过桥接件的横截面的质心的轨迹不与曲轴的旋转轴线重合，而是向着更近的连杆轴承轴颈偏移。

Description

曲轴

技术领域

本公开涉及用于内燃发动机的曲轴，更具体地，涉及具有减少数量的主轴承轴颈的曲轴。

背景技术

通常，4缸、直列式发动机中的曲轴具有五个主轴承轴颈。图1中示出了这样的发动机10的一部分的截面。发动机10具有四个汽缸12，在汽缸12中安装了四个活塞14。活塞14通过连接在活塞14上的肘节销16和曲轴22上的连杆轴承轴颈28之间的连接杆18连接至曲轴22。连接杆18通过使肘节销滑过连接杆18的一端处的开口以及穿过活塞14的开口连接至肘节销16。连接杆18具有将其固定至连杆轴承轴颈28的轴承盖20。壳轴承通常放置在连接杆18的凹面和连杆轴承轴颈28的外凸面之间(未在图1中示出)。

曲轴22具有主轴承轴颈23、24、25、26、和27，从而在连杆轴承轴颈28的每个相邻对之间以及在发动机10的每个端部处具有主轴承轴颈。发动机10的缸体具有上部分32和下部分34，下部分34有时称为梯子。主轴承轴颈支撑件35、36、37、38和39设置在缸体的下部分34中并且主轴承轴颈支撑件135、136、137、138和139设置在缸体的上部分32中。轴承轴颈支撑件35和135通过设置在轴颈23和支撑件35、135之间的壳轴承30支撑主轴承轴颈23。为每个主轴颈轴承23、24、25、26和27设置壳轴承。

在图2中，现有技术曲轴40的放大图示出了具有每个在主轴承轴颈的相邻对之间的连杆轴承轴颈52、54、56和58的五个主轴承轴颈42、44、46、48和50。主轴承轴颈42、44、46、48和50的中心线与曲轴40的旋转轴线60重合，然而，连杆轴承轴颈52、54、56和58的中心线偏离轴线60。

减少主轴承轴颈的数量期望减少发动机的旋转摩擦。这是现有技术中已知的，但是由于较差的弯曲度、扭转刚度、耐久性、以及这样配置的NVH特性通常不使用。图3示出了这样的曲轴80的实例。三个主轴承轴颈82、84和86设置有：在邻近的主轴承轴颈82和84之间的两个连杆轴承轴颈92和94、以及在邻近的主轴承轴颈84和86之间的两个连杆轴承轴颈96和98。可以被加工以形成具有五个主轴承轴颈的曲轴中的主轴承轴颈的元件100和102是曲轴80中的简单桥接件。桥接件100和102未被加工从而外表面是粗糙的。在图3示出的实施例中，表面稍微弯曲以避免任何应力梯级，即，明显不是支承面。通过建模发现，对于汽缸压力和曲轴上的力的设计目标，桥接件100和102的扭转刚度和抗弯强度不足，从而将导致过早失效。

在图3中，在曲轴80上设置平衡重110、112、114和116。另外，如下表中所示，腹板(web)120、122、124、126、128、130、132和134相对于轴颈轴承布置：

分组	左腹板	轴颈轴承	右腹板
				第一轴颈	120	92	122
第二轴颈	124	94	126
				第三轴颈	128	96	130
第四轴颈	132	98	134

腹板130不同于腹板120、122、124、126、128、132和134。腹板130是可能包括可用于驱动油泵、燃油泵或其它发动机附件的齿轮齿的加工面。这是非限制性实例并且可以为额外的目的加工任何腹板。

有必要存在可以仅使用三个主轴承以满足设计目标而没有不当弯曲、减小的耐用度、或其它操作难度的用于直列、四缸发动机的曲轴。另外，这样的曲轴应该在重量和成本上具有可比性，即，不包括特殊材料和/或昂贵的加工工艺。

发明内容

本文中公开了现有技术中的至少一些问题。在一个实施例中，该曲轴具有第一主轴承轴颈和第二主轴承轴颈、位于第一主轴承轴颈和第二主轴承轴颈之间的第一控制轴承轴颈和第二控制轴承轴颈、以及位于第一连杆轴承轴颈和第二连杆轴承轴颈之间的桥接件，其中，桥接件的外表面具有至少两个凹面。

距离第一主轴承轴颈最近的主轴承轴颈是第二主轴承轴颈。

第一主轴承轴颈和第二主轴承轴颈是圆柱形的，其中第一主轴承轴颈和第二主轴承轴颈的中心轴线与曲轴的旋转轴线重合。在一些实施例中，穿过垂直于曲轴的旋转轴线的方向上的桥接件截取的桥接件的横截面具有基本上直的构件，其具有在直构件的第一端上的第一凸缘和在直构件的第二端上的第二凸缘。在一些实施例中，第一凸缘和第二凸缘的外边缘基本上是平坦的，并且在其它实施例中，第一凸缘和第二凸缘的外边缘是弯曲的。

第一主轴承轴颈和第二主轴承轴颈是圆柱形的，其中第一主轴承轴颈和第二主轴承轴颈的中心轴线与曲轴的旋转轴线重合。在一些实施例中，穿过在垂直于曲轴的旋转轴线的方向上的桥接件截取的桥接件的横截面是十字形的，并且桥接件的外表面具有四个凹面。在一些实施例中，桥接件的十字形具有横穿第二直构件的第一直构件，并且第一直构件和第二直构件垂直。在其他实施例中，桥接件的十字形具有横穿第二直构件的第一直构件，并且第一直构件和第二直构件形成六十度的角度。

第一主轴承轴颈和第二主轴承轴颈是圆柱形的，其中第一主轴承轴颈和第二主轴承轴颈的中心轴线与曲轴的旋转轴线重合。第一连杆轴承轴颈和第二连杆轴承轴颈是圆柱形的，其中第一连杆轴承轴颈和第二连杆轴承轴颈的中心轴线与曲轴的旋转轴线平行并且从曲轴的旋转轴线偏移。第一连杆轴承轴颈相对于曲轴的旋转轴线与第二连杆轴承轴颈径向相对。第一腹板沿着曲轴设置在第一连杆轴承轴颈和桥接件之间。第二腹板沿着曲轴设置在第二连杆轴承轴颈和桥接件之间。穿过桥接件的横截面的质心的轨迹离更近的连杆轴承轴颈比离曲轴的旋转轴线更近。

在一些实施例中，垂直于曲轴的旋转轴线截取的桥接件的横截面具有基本上直的构件，其具有在该直构件的两端上的两个凸缘。

还公开一种发动机缸体，其具有在其中设置的多个汽缸、设置在每个汽缸中的活塞、通过肘节销连接至每个活塞的连接杆、具有多个主轴承轴颈和多个连杆轴承轴颈的曲轴。连接杆的每个连接至连杆轴承轴颈。一对连杆轴承轴颈设置在两个主轴承轴颈之间而在这两个主轴承轴颈之间无需主轴承轴颈。桥接件设置在该连杆轴承轴颈对之间。桥接件具有含至少两个凹面的非圆形横截面。

在一些实施例中，垂直于曲轴的旋转轴线截取的桥接件的横截面具有直构件，直构件具有在该直构件的两端上的两个凸缘。在一些实施例中，凸缘的外边缘是直的并且在其它实施例中是弯曲的。

连杆轴承轴颈从曲轴的旋转轴线偏移。垂直于旋转轴线穿过桥接件截取的横截面的质心的轨迹在朝着更近的连杆轴承轴颈的方向上从旋转轴线偏移。

在实施例中，其中，发动机是四缸、直列发动机。该发动机具有第一、第二、第三和第四连杆轴承轴颈以及第一、第二和第三主轴承轴颈。第一连杆轴承轴颈和第二连杆轴承轴颈设置在第一主轴承轴颈和第二主轴承轴颈之间。第三连杆轴承轴颈和第四连杆轴承轴颈设置在第二主轴承轴颈和第三主轴承轴颈之间。第一主轴承轴颈是离第二主轴承轴颈最近的主轴承轴颈。第三主轴承轴颈是离第二主轴承轴颈最近的主轴承轴颈。发动机缸体具有用于主轴承轴颈的轴承支撑件。第一轴承支撑件位于发动机的第一端附近。第二轴承支撑件位于发动机的第二端附近。第三轴承支撑件位于第一轴承支撑件和第二轴承支撑件之间而在第三轴承支撑件和第二轴承支撑件之间没有附加的轴承支撑件，并且在第一轴承支撑件和第二轴承支撑件之间没有附加的轴承支撑件。腹板设置在每个桥接件的两侧上、每个连杆轴承轴颈的两侧上、以及第二主轴承轴颈的两侧上。

还公开一种曲轴，该曲轴包括：第一主轴承轴颈、紧邻第一主轴承轴颈的第一腹板、紧邻第一腹板的第一连杆轴承轴颈、紧邻第一连杆轴承轴颈的第二腹板、紧邻第二腹板的第一桥接件、紧邻第一桥接件的第三腹板、紧邻第三腹板的第二连杆轴承轴颈、紧邻第二连杆轴承轴颈的第四腹板、紧邻第四腹板的第二主轴承轴颈、紧邻第二主轴承轴颈的第五腹板、紧邻第五腹板的第三连杆轴承轴颈、紧邻第三连杆轴承轴颈的第六腹板、紧邻第六腹板的第二桥接件、紧邻第二桥接件的第七腹板、紧邻第七腹板的第四连杆轴承轴颈、紧邻第四连杆轴承轴颈的第八腹板、以及紧邻第八腹板的第三主轴承轴颈。相对于曲轴的旋转轴线垂直地截取的第一桥接件和第二桥接件的横截面具有至少两个凹面。

在第一桥接件和第二桥接件的横截面中具有直构件，该直构件具有在该直构件的每个端上的凸缘。

穿过桥接件的横截面的质心的轨迹向着比旋转轴线更近的连杆轴承轴颈偏移。

附图说明

图1是现有技术的四缸、直列发动机的一部分的截面；

图2和图3分别示出了用于具有五个主轴承轴颈和三个主轴承轴颈的四缸发动机的现有技术曲轴；

图4、图6和图8是根据本公开的各个实施例示出的代替主轴承的桥接件的曲轴的一部分的示图；

图5、图7和图9分别示出了图4、图6和图8中的桥接件的截面图；以及

图10、图11和图12是用于直列4、V8和直列6发动机的曲轴的仅主轴承轴颈和连杆轴承轴颈的端视图的示意图。

具体实施方式

如本领域的普通技术人员理解的，参照任何一个附图示出的或描述的实施例的各个特征可以与一个或多个其它附图中示出的特征结合以产生未明确示出的或描述的另选实施例。示出的特征的结合提供典型的应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各个组合和修改对于特定应用或实现可以是期望的。本领域的普通技术人员可以确认相似的应用或实现是否被准确地描述或示出。

图4中示出了根据本公开的实施例的曲轴200的一部分。除了桥接件100和102以及紧邻桥接件100和102的腹板之外，包括图4中示出的部分的整个曲轴与图3中示出的相似。图4中示出的曲轴的部分本质上是图3中沿着曲轴80的长度的元件92至94的置换。沿着曲轴80的长度的元件96至98(图3中)也可被图4中示出的曲轴200的部分置换。

曲轴200的部分具有分别含有从轴颈202和204直接向内的腹板206和208的连杆轴承轴颈202和204。桥接件210在腹板206和208之间。图5中示出了穿过曲轴200的部分的旋转轴线214截取的横截面5-5。横截面220具有沿轴线230的基本上直的构件222，其中凸缘224在构件222的第一端处并且凸缘226在构件222的第二端处。凸缘226的外边缘228是圆形的。横截面220具有在构件222的左侧和右侧上的两个凹面。

在图6中的另选实施例中，曲轴240的一部分具有紧邻第一腹板246的第一连杆轴承轴颈242和紧邻第二腹板248的第二连杆轴承轴颈244。桥接件250位于腹板246和248之间。图7中示出了穿过桥接件250截取并且垂直于曲轴240的旋转轴线254截取的横截面7-7。横截面260具有构件262，构件262具有在构件262的第一端上的凸缘264和在构件262的第二端上的凸缘266。凸缘266的外边缘288基本上是平的。横截面260具有在构件262的左侧和右侧上的凹面。

在图8中的又一实施例中，具有旋转轴线294的曲轴280的一部分具有紧邻第一腹板286的第一连杆轴承轴颈282和紧邻第二腹板288的第二连杆轴承轴颈284。桥接件290位于腹板286和288之间。图9中示出了穿过桥接件290截取并且垂直于轴线294截取的横截面9-9。横截面300形成具有从中心截面向外延伸的凸部304的十字。另选地，这可描述为两个直构件，形成十字的一个构件与轴线320重合并且另一构件与轴线322重合。在邻近的凸部304之间的是凹面306。

图3中的桥接件100和102是圆柱形的，其中，桥接件的汽缸的轴线与曲轴80的旋转轴线大致地重合。穿过相对于曲轴的旋转轴线垂直的桥接件100和102切割的平面的质心轨迹将产生桥接件100和102的中心线。然而，对图4施加相似的操作，垂直于轴线214截取的横截面的质心212的轨迹一般从左向右升高。连杆轴承轴颈202在图4中的其最低位置处并且连杆轴承轴颈204在图4的其高位置处。为了提供期望的刚性，桥接件210中设置的材料的质量越靠近桥接件210的左侧中的连杆轴承轴颈202越集中并且越靠近桥接件210的右侧中的连杆轴承轴颈204越集中。桥接件210一般沿连杆轴承轴颈202和204之间的线的方向倾斜。在桥接件210与轴颈202和204之间设置曲线以防止应力梯级。

示出图6的曲轴240的桥接件250的质心252的轨迹。相似地，示出图8的曲轴280的桥接件290的质心292的轨迹。如在图9中可见，一个差别是截面形态，在从桥接件290的中心部分向上倾斜之前，当从左向右时，质心292的轨迹少量向下倾斜。

在图2、图3、图4、图6和图8中的曲轴40、80、200、240和280分别用于四缸、直列发动机。图2中的邻近的连杆轴承轴颈52和54分别示出在它们的最下方和最上方位置中，因为它们相对于轴线60彼此径向相对。本公开适用于这样的发动机，但是可应用在其它发动机中，诸如V8发动机和直列6发动机。在图10中，仅示出直列、4缸发动机的主轴承轴颈和连杆轴承轴颈的端视图。如元件400所示，因为主轴承轴颈是共线的，因此仅有前面的一个可以只看到前面的一个。典型的4缸发动机的点火顺序使得两个连杆轴承轴颈成同一曲柄角并且其它两个连杆轴承轴颈与其它相位相差180度。在图10中的视图中，每对中仅有一个是可见的，连杆轴承轴颈示出为元件402和404。在V-8发动机中，其中，来自一组的四个汽缸和来自另一组的四个汽缸连接至单一曲轴，连杆轴承轴颈每90度定相位并且在每个象限中具有一对。因此，只有前四个连杆轴承轴颈412、414、416和418是可见的。对于直列、六缸发动机，汽缸对与其它对偏离相位120度。在图12中，主轴承轴颈420由连杆轴承轴颈422、424和426围绕，其每个表示一对连杆轴承轴颈。十字形的桥接件290可适合于V-8发动机，因为邻近的连杆轴承轴颈相位相差90度。

尽管已经关于特定的实施例详细地描述最佳模式，但是本领域的技术人员应该理解，各个另选设计和实施例在下面的权利要求的范围内。尽管关于一个或多个期望的特征，各个实施例可能已经被描述为提供了益处或比其他实施例是更优选的，但是如本领域的技术人员意识到的，一个或多个特征可以折中以实现期望的系统属性，这取决于具体的应用和实现。这些属性包括但不限制于：成本、强度、持久性、寿命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、可服务性、重量、可制造性、易组装性等。关于一个或多个特征，本文中描述的被描述为与其它实施例或现有技术实现相比不太期望的实施例在本公开的范围内并且对于特定应用可能是期望的。

Claims (20)

1.一种曲轴，包括：

第一主轴承轴颈和第二主轴承轴颈；

位于所述第一主轴承轴颈和所述第二主轴承轴颈之间的第一连杆轴承轴颈和第二连杆轴承轴颈；以及

位于所述第一连杆轴承轴颈和所述第二连杆轴承轴颈之间的桥接件，其中，所述桥接件的外表面具有至少两个凹面。

2.根据权利要求1所述的曲轴，其中，与所述第一主轴承轴颈最近的主轴承轴颈是所述第二主轴承轴颈。

3.根据权利要求1所述的曲轴，其中：

所述曲轴具有旋转轴线；

所述第一主轴承轴颈和所述第二主轴承轴颈是圆柱形的，其中所述第一主轴承轴颈和所述第二主轴承轴颈的中心轴线与所述曲轴的所述旋转轴线重合；以及

在垂直于所述曲轴的所述旋转轴线的方向上穿过所述桥接件截取的所述桥接件的横截面具有实质上直的构件，所述直的构件具有在所述直的构件的第一端上的第一凸缘和在所述直的构件的第二端上的第二凸缘。

4.根据权利要求3所述的曲轴，其中，所述第一凸缘和所述第二凸缘的外边缘实质上是平坦的。

5.根据权利要求3所述的曲轴，其中，所述第一凸缘和所述第二凸缘的外边缘是弯曲的。

6.根据权利要求1所述的曲轴，其中：

所述曲轴具有旋转轴线；

所述第一主轴承轴颈和所述第二主轴承轴颈是圆柱形的，其中所述第一主轴承轴颈和所述第二主轴承轴颈的中心轴线与所述曲轴的所述旋转轴线重合；

在垂直于所述曲轴的所述旋转轴线的方向上穿过所述桥接件截取的所述桥接件的横截面是十字形的；以及

所述桥接件的所述外表面具有四个凹面。

7.根据权利要求6所述的曲轴，其中，所述桥接件的十字形具有横穿第二直构件的第一直构件并且所述第一直构件和所述第二直构件垂直。

8.根据权利要求6所述的曲轴，其中，所述桥接件的十字形具有横穿第二直构件的第一直构件并且所述第一直构件和所述第二直构件形成六十度的角度。

9.根据权利要求1所述的曲轴，其中：

所述曲轴具有旋转轴线；

所述第一主轴承轴颈和所述第二主轴承轴颈是圆柱形的，其中所述第一主轴承轴颈和所述第二主轴承轴颈的中心轴线与所述曲轴的所述旋转轴线重合；

所述第一连杆轴承轴颈和所述第二连杆轴承轴颈是圆柱形的，其中所述第一连杆轴承轴颈和所述第二连杆轴承轴颈的中心轴线与所述曲轴的所述旋转轴线平行并且从所述曲轴的所述旋转轴线移位；

所述第一连杆轴承轴颈相对于所述曲轴的所述旋转轴线与所述第二连杆轴承轴颈径向相对；

第一腹板沿所述曲轴在所述第一连杆轴承轴颈和所述桥接件之间设置；

第二腹板沿所述曲轴在所述第二连杆轴承轴颈和所述桥接件之间设置；以及

相比于所述旋转轴线，穿过所述桥接件的横截面的质心的轨迹趋近于更近的所述第一连杆轴承轴颈和所述第二连杆轴承轴颈。

10.根据权利要求1所述的曲轴，其中，垂直于所述曲轴的旋转轴线截取的所述桥接件的横截面具有中心纵长部，所述中心纵长部具有在所述中心纵长部的两端上的两个凸缘。

11.一种内燃发动机，包括：

发动机缸体，所述发动机缸体具有设置在所述发动机缸体中的多个汽缸；

设置在每个所述汽缸中的活塞；

通过肘节销连接至每个所述活塞的连接杆；

具有多个主轴承轴颈和多个连杆轴承轴颈的曲轴，其中：

所述连接杆的每个连接至连杆轴承轴颈；

一对连杆轴承轴颈设置在两个主轴承轴颈之间而没有主轴承轴颈在其之间；

桥接件设置在所述一对连杆轴承轴颈之间；以及

所述桥接件具有含至少两个凹面的非圆形横截面。

12.根据权利要求11所述的发动机，其中，垂直于所述曲轴的旋转轴线截取的所述桥接件的横截面具有直构件，所述直构件具有在中心纵长部的两端上的凸缘。

13.根据权利要求12所述的发动机，其中，所述凸缘的外边缘是实质上直的和弯曲的中的一种。

14.根据权利要求12所述的发动机，其中，垂直于所述曲轴的旋转轴线截取的所述桥接件的横截面一般是具有交叉的两个直构件的十字形。

15.根据权利要求11所述的发动机，其中：

所述曲轴具有旋转轴线；

所述连杆轴承轴颈从所述曲轴的所述旋转轴线偏移；以及

垂直于所述曲轴的所述旋转轴线穿过所述桥接件截取的横截面的质心的轨迹在朝着更近的所述连杆轴承轴颈的方向上从所述曲轴的所述旋转轴线移位。

16.根据权利要求11所述的发动机，其中：

所述发动机是具有第一连杆轴承轴颈、第二连杆轴承轴颈、第三连杆轴承轴颈和第四连杆轴承轴颈以及第一主轴承轴颈、第二主轴承轴颈和第三主轴承轴颈的四缸、直列发动机；

所述第一连杆轴承轴颈和所述第二连杆轴承轴颈设置在所述第一主轴承轴颈和所述第二主轴承轴颈之间；

所述第三连杆轴承轴颈和所述第四连杆轴承轴颈设置在所述第二主轴承轴颈和所述第三主轴承轴颈之间；

所述第一主轴承轴颈是离所述第二主轴承轴颈最近的主轴承轴颈；以及

所述第三主轴承轴颈是离所述第二主轴承轴颈最近的主轴承轴颈。

17.根据权利要求16所述的发动机，其中：

所述发动机缸体包括用于所述主轴承轴颈的轴承支撑件；

第一轴承支撑件位于所述发动机的第一端附近；

第二轴承支撑件位于所述发动机的第二端附近；

第三轴承支撑件位于所述第一轴承支撑件和所述第二轴承支撑件之间，而在所述第三轴承支撑件和所述第二轴承支撑件之间没有附加的轴承支撑件并且在所述第一轴承支撑件和所述第二轴承支撑件之间没有附加的轴承支撑件；

腹板设置在：每个所述桥接件的两侧上、每个所述连杆轴承轴颈的两侧上、以及所述第二主轴承轴颈的两侧上。

18.一种用于内燃发动机的曲轴，包括：

第一主轴承轴颈；

紧邻所述第一主轴承轴颈的第一腹板；

紧邻所述第一腹板的第一连杆轴承轴颈；

紧邻所述第一连杆轴承轴颈的第二腹板；

紧邻所述第二腹板的第一桥接件；

紧邻所述第一桥接件的第三腹板；

紧邻所述第三腹板的第二连杆轴承轴颈；

紧邻所述第二连杆轴承轴颈的第四腹板；

紧邻所述第四腹板的第二主轴承轴颈；

紧邻所述第二主轴承轴颈的第五腹板；

紧邻所述第五腹板的第三连杆轴承轴颈；

紧邻所述第三连杆轴承轴颈的第六腹板；

紧邻所述第六腹板的第二桥接件；

紧邻所述第二桥接件的第七腹板；

紧邻所述第七腹板的第四连杆轴承轴颈；

紧邻所述第四连杆轴承轴颈的第八腹板；以及

紧邻所述第八腹板的第三主轴承轴颈，其中：

所述曲轴具有旋转轴线：

相对于所述曲轴的所述旋转轴线垂直地截取的所述第一桥接件和所述第二桥接件的横截面具有至少两个凹面。

19.根据权利要求18所述的曲轴，其中，所述第一桥接件和所述第二桥接件的所述横截面具有直构件，所述直构件具有在所述直构件的每个端上的凸缘。

20.根据权利要求18所述的曲轴，其中，穿过所述桥接件的横截面的质心的轨迹向着更近的所述第一连杆轴承轴颈、所述第二连杆轴承轴颈、所述第三连杆轴承轴颈和所述第四连杆轴承轴颈从所述旋转轴线移位。

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