CN107806492A - 多键飞轮和发动机曲轴 - Google Patents

Abstract

多键曲轴和飞轮为内燃机提供不同的点火正时选项。发动机的曲轴包括设置在曲轴的指定角位移处的多个键槽，其对应于飞轮上的键槽，以为发动机提供不同的正时选项。飞轮可以通过将飞轮的键槽中的一个与曲轴的键槽中的和特定点火正时选择相关的一个对准而安装到曲轴上。

Description

多键飞轮和发动机曲轴

技术领域

本公开内容一般涉及用于内燃机的多键飞轮和/或发动机曲轴，或者更具体地，涉及用于实现内燃机的可选点火正时的曲轴内的多个键槽和飞轮中的多个键槽。

背景技术

小型内燃机用于各种设备中，包括但不限于：发电机，电锯，割草机，杂草修剪机，全地形车辆，木材分离器，压力清洗机，花园耕耘机，除雪机或其他设备。小型发动机通常包括设置在曲轴上的飞轮。飞轮存储来自发动机的曲轴或原动机的旋转能量。通过动量和惯性从曲轴接收来自一系列冲程中的一个或更多个的能量，然后在一系列冲程中的另一个或更多个中输送到曲轴或原动机。各种发动机型号可以包括飞轮和曲轴的不同相对布置。然而，发动机设计不利于单个装置中的不同相对布置。

附图说明

本文参考以下附图描述了示例性实施方式。

图1示出了示例性内燃机。

图2示出了示出发动机的特定系统的示例性内燃机。

图3示出了图1或图2的发动机的曲轴。

图4示出了图1或图2的发动机的示例性飞轮。

图5示出了具有不同偏移的双键飞轮和曲轴的示例的详细视图。

图6示出了图5的飞轮和曲轴的透视图。

图7示出了在第一位置的具有图5的不同偏移的双键飞轮和曲轴的示例的详细视图。

图8是在第二位置的具有图5的不同偏移的双键飞轮和曲轴的示例的另一实施方式的详细视图。

图9示出了具有不同偏移的双键飞轮和曲轴的示例的详细视图的另一实施方式。

图10示出了图9的飞轮和曲轴的透视图。

图11示出了在第一位置的图9的与点火模块相关联的不同的双键飞轮偏移和双键偏移曲轴配置的视图。

图12示出了在第二位置的图9的与点火模块相关联的双键偏移飞轮和不同的双键偏移曲轴偏移配置的视图。

图13示出了处于第一位置的三键飞轮的视图。

图14示出了处于第二位置的三键飞轮的视图。

图15示出了处于第三位置的三键飞轮的视图。

图16示出了三键曲轴。

图17示出了用于制造旋转装置的示例流程图。

图18示出了旋转装置的操作的示例流程图。

图19示出了用于内燃机的控制器。

具体实施方式

小型发动机通常包括设置在曲轴上的飞轮。旋转飞轮包括磁体，该磁体通过固定在发动机上的点火模块，以在活塞的压缩冲程期间控制气缸内的发动机火花。点火正时针对每个发动机和燃油类型而变化。发动机点火正时可以基于气缸内的活塞的上止点(“TDC”)之前的角度，在该角度火花塞的点火产生最大的功率和效率。

点火正时可以针对每个发动机和燃料类型而变化。发动机气缸和活塞的尺寸可能会影响发动机内的点火正时。类似地，与发动机组合的燃料类型(即气体或液体)也可能影响发动机的点火正时。每种燃料类型具有影响发动机的点火正时的理想燃烧速率和压缩比。在某些情况下，相同的发动机可以利用不同的所选择的燃料类型(即汽油，天然气，丙烷，液体丙烷等)运行。在这种情况下，为了获得最大功率和效率，发动机的设计可以包括用于不同燃料类型的不同点火正时。每种燃料类型在活塞的不同正时位置实现最佳功率输出。大多数发动机包括基于预定燃料类型的固定点火正时，其中点火正时是不可选择的。然而，存在一些调整发动机中点火正时的技术。

在美国专利No.4,278,054(′054)中公开了一种这样的技术，其中不同大小的键调节正时。专利′054利用具有单个键槽的飞轮和具有单个相应键槽的轴。飞轮的键槽大于轴中的键槽，键槽不成角度对准。专利′054的键槽是调整发动机正时的要素。键槽形状为“T”形，包括竖直构件和不对称水平构件。键的竖直构件与轴配合，水平构件与飞轮配合。T形键槽的不对称水平构件改变从飞轮到轴的角度位移。专利′054设想了不同尺寸的键以调节从轴的键槽和飞轮的键槽的角度定向。T形键槽的对称水平构件越长，键槽的角位移越大。需要键槽的偏移特性以导致飞轮和轴之间的旋转变化，从而使点火正时变化。

小型发动机还可以通过使用由处理器控制的点火系统来修改点火正时。在这种情况下，该系统测量发动机的每分钟转数(“rpm”)，并且基于发动机的rpm，处理器被编程为在特定的速度范围内(例如2400rpm至3600rpm)以特定的角度点火。通过激活半导体开关来调节正时，该半导体开关启动点火系统内的电能转移，然后点火系统导致火花塞点火。激活开关的具体时间对应于根据曲线所规定的不同的正时角度，以根据期望的要求控制可以在不同时间发生的点火。

以下示例性系统包括用于调节内燃机的点火正时的多键飞轮和曲轴。曲轴是发动机内的轴，活塞连杆连接到曲轴，并且曲轴产生旋转力。飞轮包括旋转元件，其增加发动机的动量并提供曲轴的稳定旋转。飞轮包括形成为接收键并与曲轴内的多个键槽中的特定键槽对准的多个键槽，以调节发动机的点火正时。多键曲轴和飞轮为内燃机提供不同的点火正时选项。发动机的曲轴包括设置在曲轴的指定角度位移处的多个键槽，其对应于飞轮上的键槽，以为发动机提供不同的正时选项。飞轮可以通过将飞轮的键槽中的一个与曲轴的键槽中的和特定点火正时选择相关的一个对准而安装到曲轴上。键槽是飞轮和曲轴上的切槽，用于放置键以确保飞轮和曲轴之间的正确定向。键是插入键槽的成型材料，以确保飞轮和曲轴的正确定向。

图1示出了示例性内燃机10。发动机10可以包括：活塞11、气缸12、曲轴14、键15、飞轮16、空气净化系统20、点火模块22和火花塞34。

发动机10可以是任何类型的发动机10，其中燃料(例如汽油或其他液体燃料)与室内的氧化剂(例如空气)的燃烧向发动机10的驱动部件(例如，活塞、涡轮机或其他部件)施加力。驱动部件旋转或以其他方式移动以执行工作。发动机10可以为发电机、电锯、割草机、杂草修剪机、全地形车辆、船用发动机、卡丁车、木材分离器、压力清洗机、花园耕耘机、除雪机或其他设备供能。发动机10可以是二冲程发动机或四冲程发动机。发动机10的气缸数量可以变化以包括一个气缸或多个气缸。发动机10的尺寸可以根据应用而变化。例如，用于电锯的发动机的尺寸可以是1.5立方英寸至2.8立方英寸，用于割草机的发动机的尺寸可以是50立方英寸至149立方英寸，并且用于全地形车辆的发动机的尺寸可以是200立方英寸到748立方英寸。发动机的尺寸可以更大或更小。

图1和图2示出了发动机10的或与发动机10联接的示例性内部和外部部件。外部部件可以包括曲轴14、飞轮16、消音器，空气净化系统20和控制部分。短语“联接”或“联接到”包括直接连接到或通过一个或更多个中间部件间接连接。可以提供另外的、不同的或更少的部件。

燃料箱储存可以输送到化油器的燃料(例如汽油)。化油器向发动机10的气缸12提供燃料。同时，空气净化系统将清洁空气从空气净化系统20输送到气缸12中，以促进燃烧。气缸12内的燃烧是由点火模块22引起的，其点燃火花塞34，点燃燃料空气混合物。由于飞轮16与曲轴14一起旋转并使得磁体穿过点火模块22，点火模块22的正时通过飞轮16来操作。作为气缸12内燃烧的结果，活塞11驱动曲轴14产生发动机输出。在燃烧之后，排气被引导通过消音器并且从发动机10中排出。

发动机10的功率和效率可以取决于发动机10的点火正时。根据燃料类型(即汽油、天然气、丙烷或液体丙烷)，可能需要使用发动机10的不同的点火正时设置。改变点火正时可以通过当相对于曲轴14联接时选择飞轮16和磁体32的特定位置来实现。

图1和图2还示出了点火模块22。点火模块22控制气缸12内的火花塞34的点火。点火模块22可以以位于飞轮16附近的固定位置安装在曲轴箱上。点火模块22可以包括充电线圈、初级和次级点火线圈、火花塞34、高压电容器和半导体开关。电容器用于存储由磁体32和充电线圈的相互作用而产生的电荷。半导体开关在被激活时，断开电容器和初级线圈之间的电接触，将初级线圈处的低能量转换成次级线圈处的高能量，从而使火花塞34在燃烧室中点火。在多缸发动机中，每个气缸可具有点火模块。点火模块22可以是感应式磁电机点火模块或电容器磁电机点火模块，在感应式磁电机点火模块中可以通过初级线圈中的电流电荷来产生能量，在电容器磁电机点火模块中电压电荷存储在高压电容器中。在感应点火系统中，当飞轮上的磁体通过点火模块时，在初级线圈中产生电流，然后电流路径被半导体开关中断，从而产生通过变压器作用从初级线圈流到次级线圈的电压，导致火花塞起火。在电容点火系统中，电压电容器由充电线圈充电，该充电线圈由通过点火模块22的飞轮16上的磁体的旋转运动而被激励。当半导体开关被激活时，它使得能量通过变压器作用转移到初级和次级线圈。基于处理器的控制还可以确定何时激活半导体开关以在发动机10的给定转速内对火花塞进行点火。处理器可以接收传送发动机转速的信号。一旦发动机达到规定的转速范围，处理器可被编程为当曲轴处于特定角度时点燃火花塞。

图3示出了发动机10的曲轴14和键15。在曲轴的一端处是动力输出部分24，另一端是飞轮安装部分26。曲轴14还可以包括平衡重21、主轴承轴颈23、连杆轴颈25和腹板27。曲轴由靠近曲轴两端的主轴颈23支撑在发动机内。主轴颈23可以连接到平衡重21。平衡重21平衡连接到曲轴14的活塞11的偏移重量。腹板18连接到平衡重21并且附接到连杆轴颈25上。连杆轴颈25跨过腹板之间的空间并支撑活塞11的头部和连杆。所示的曲轴14被配置成用于两个活塞，然而，设置成与一个或多个活塞起作用的曲轴是可能的或不同的构造的活塞也是可能的。活塞11可以以V形配置或直列配置对准。在发动机包括多个活塞的情况下，曲轴14可以被修改为包括平衡重21、腹板18和连杆轴颈25或发动机的每个活塞11。曲轴14的动力输出部分24可以被配置成通过机械动力驱动发电机、割草机或其他装置。曲轴14的飞轮驱动部分26可以包括锥形部分，以便于将飞轮16压配合到曲轴14上。曲轴14的飞轮驱动部分26也可以被配置为具有法兰或其它构造，以允许飞轮16被附接到曲轴14。所示的曲轴14的飞轮驱动部分26包括键槽28。键槽28可用于使飞轮16在曲轴14上对准并且还将飞轮保持在适当的位置。曲轴14和键15可以由任何金属或合金材料形成。该材料可以包括铸铁、导管铁、铝、铬钢或钢。

图4示出了发动机10的飞轮16。飞轮16可以包括具有键槽29的中心孔30，其具有的尺寸被设计成对应于附接到曲轴14的飞轮驱动部分26上。飞轮16可以是由任何金属或合金材料形成。该材料可以包括铸铁、导管铁、铝或铬钢。如图4所示的孔30被配置成压配合到曲轴14上。飞轮16可以包括固定到飞轮16的边缘的磁体32。磁体32可以安装到飞轮16以激励和激活点火模块22。磁体32可以使用螺钉或任何其它合适的方法紧固到飞轮16。围绕飞轮和曲轴的轴线旋转的磁体32通过点火模块22，对线圈或电容充电，当通过半导体开关激活时，向电火花塞34发送电流，使其在气缸内点火。每次磁体32通过点火模块22，它将电流发送到火花塞34。气缸的一些转数和火花塞能量被浪费(未使用)，因为气缸不会处于燃烧冲程循环中。磁体通过点火模块22时的距气缸位置或TDC的度数可以设定发动机10的正时。当活塞处于压缩状态时，，磁体32可以提前或延迟从TDC的角度位移以在曲轴还没有旋转经过TDC，或者旋转略微超过TDC时设定发动机的点火。修改火花塞点火的正时可能是由于在火花塞点火的准确时刻燃料没有完全燃烧。在大多数情况下，发动机的正时将基于曲轴到达TDC之前的点火正时的角度。这被称为提前发动机的正时。这样做是为了说明在火花塞的点火时气缸中的燃料并不会全部燃烧，并且燃烧气体需要时间来扩张。

在操作中，曲轴14、飞轮16和点火模块22可以各自共同作用以适当地对火花塞34的点火进行正时。发动机10的点火正时可以取决于飞轮16的磁体32距曲轴14的TDC的角度定向。磁体32和飞轮16的理想角度定向可以取决于发动机10的燃料类型。相同的发动机10可以采用各种不同的燃料：汽油、天然气、丙烷、或液体丙烷。这些燃料中的每一种具有发动机10点火的理想正时，其取决于燃料的燃烧速率和压缩比。例如，天然气可以具有从TDC的第一设定角度的理想正时(例如，在TDC前37度、TDC前30-40度的范围或TDC前20-50度的范围)，而丙烷可以具有在TDC前第二设定角度的理想正时(例如，在TDC前27度、TDC前20-30度的范围或在TDC前10-40度的范围)。

图5示出曲轴14和飞轮16的详细视图，利用双键配置来在曲轴14和飞轮16之间提供两个相对对准，并且相应地提供使用相同的飞轮16和点火模块22发动机10的两个点火正时选项。在该实施方式中，在曲轴14上形成有两个键槽(第一键槽38，第二键槽40)，并且在飞轮16上形成有两个键槽(第一键槽40，第二键槽44)。系统的键槽也可以被描述为与飞轮键槽相关的第一键槽、第二键槽和第三键槽以及与曲轴键槽相关的第四键槽和第五键槽。将曲轴14的第一键槽38和飞轮16的第一键槽42对准，提供了第一点火正时位置选项17以及将曲轴14的第二键槽44和飞轮16的第二键槽44对准，提供了第二点火正时位置选项19。

在如图6所示的双键配置中，曲轴14包括两个键槽。第一键槽38在TDC处位于曲轴14顶部，第二键槽40在与TDC成预定角度(例如，180度)处位于曲轴14的底部。飞轮16可以包括两个键槽，以对应于针对发动机的点火正时的两个期望的选项。第一键槽42可以包括在飞轮16内并被配置为与曲轴14的在TDC处的第一键槽38对准，设定第一点火正时。飞轮16的磁体32可以以针对特定燃料类型之一的第一期望点火正时17的角度定向固定在飞轮16上。磁体32可以固定到飞轮16，用于在TDC前第一设定角度(例如在TDC前20度、TDC前18-22度的范围或TDC前15-20度的范围内)的第一期望点火正时17。第二键槽44可以以160度至180度的范围与另一个飞轮键槽42间隔开。

为了确保正确的键槽对准以与正确的点火正时设置相关，对应的第一曲轴键槽28和第一飞轮键槽42的尺寸或形状可以不同于第二曲轴键槽40和第二飞轮键槽44。关于对于同一飞轮和曲轴点火正时设置的每个键和键槽的尺寸，可能的是每个键和键槽具有相同的形状但尺寸存在差异，如果一个键不适合不正确的键槽以及键槽在视觉上具有不同的尺寸，这将是明显的。例如，同一飞轮和曲轴连接的两个键和键槽可以是方形键和键槽，一个大一个小。在该配置中，大的键和键槽将具有足够的尺寸，使得大的键不能适合于小的键槽。同样，小的键和键槽可以具有足够的尺寸，使得将键放在任一个大的键槽中可能导致松动的配合，清楚地指示对准是不正确的键。另外还可能有其他尺寸不同的键。键也可以是不同的形状，以便不适合于不正确的设置。可能的键和键槽形状包括但不限于：方形、扁平、半圆、锥形，平底和羽毛状。

如图7所示，与曲轴14的第二键槽40、飞轮16的第二键槽44和键15相比，对应的曲轴14的第一键槽38、第一飞轮键槽42和键15可以具有不同的尺寸。类似地，第一曲轴键槽38和第一飞轮键槽42可以具有与第二曲轴键槽40和第二飞轮键槽44不同的形状、颜色或材料。可以在曲轴14或飞轮16上放置进一步的标记以便于键槽的正确对准以识别期望的点火正时选择。

如图7所示，如果使用第一点火正时选项17，并且将飞轮16安装到曲轴14，其中曲轴14的第一键槽38与飞轮16的第一键槽42对准，则磁体32可以具有在TDC前第一设定的位置点火正时(例如TDC前20度，在可能跨越+/-2度，+/-5度或+/-10度的公差范围内)。如图8所示，如果使用第二点火正时选项19并且飞轮16的第二键槽44与曲轴14的第二键槽40对准，则磁体位置可以围绕曲轴14在一定范围(例如，10至20度的范围)内旋转，并且具有在TDC前30-40度范围内的位置点火正时。

使用双键配置的示例可以是配置为使用丙烷或天然气作为燃料进行操作的发动机10，其中丙烷需要距TDC第一数量的角度(例如，在TDC前27度)的最佳点火正时，天然气需要在TDC前的第二数量的角度(例如，在TDC前37度)的最佳点火正时。如果用户选择使用丙烷操作发动机10，则在设定发动机10以及将飞轮16安装到曲轴14时，将曲轴14的第一键槽38和飞轮16的第一键槽42对准使得具有针对使用丙烷作为燃料类型的最佳正时。如果用户选择使用天然气来操作发动机10，则在设定发动机10以及将飞轮16安装到曲轴14时，将曲轴14的第二键槽44与飞轮16的第二键槽44对准使得具有针对使用天然气作为燃料类型的最佳正时。

通过利用和对准第一曲轴键槽38和第一飞轮键槽42或利用第二曲轴键槽40和第二飞轮键槽44，技术人员可以将发动机10设定为期望的或选择的燃料类型，而不需要多个飞轮或不同的发动机。所公开的实施方式具有通过修改现有飞轮以增加附加键槽来减少飞轮的现有库存清单的优点。具有包含一个或多个键槽的飞轮的库存清单的制造商可以如上所述通过以期待的预定角度添加(即切割)附加的键槽来对应于理想点火正时来修改那些飞轮。除了修改飞轮之外，现有发动机的曲轴可以如上所述通过以期待的预定角度添加(即切割)另外的键槽来对应于理想点火正时来进行修改。然后，制造商可以取得先前为一种燃料类型制造的发动机和飞轮，并修改曲轴和飞轮以允许发动机以不同的燃料类型操作。

此外，现有的飞轮和/或曲轴可以被修改为包括额外的键槽，其提供了易于将发动机的燃料从一种类型改变为另一种的优点。如上所述，不同的燃料可以具有不同的最佳点火正时。使用一种燃料类型(即天然气)运行的发动机可以转换为使用不同的燃料类型(即丙烷)进行操作。通过切换燃料类型，可能需要改变发动机的点火正时以获得最佳的效率和功率。除了如本文所述的改变飞轮和修改点火正时之外，将燃料类型从一种燃料改变到另一种燃料可能需要改变火花塞，并且通过改变燃料系统控制部件来调节化油器的空燃比。

在图9-12中示出的是利用如上所述的双键配置的双键配置的另一实施方式，然而，曲轴14的键槽和飞轮的键槽的放置被互换。

图9示出了曲轴14和飞轮16的详细视图，其利用双键配置在曲轴14和飞轮16之间提供两个相对对准，以及相应地使用相同的飞轮16和点火模块22的发动机10的两个点火正时选项。在该实施方式中，在曲轴14上形成两个键槽(第一键槽38，第二键槽40)，并且在飞轮16上形成两个键槽(第一键槽42，第二键槽44)。将曲轴14的第一键槽38和飞轮16的第一键槽42对准提供了第一点火正时位置选项17，并且将曲轴14的第二键槽40与飞轮16的第二键槽44对准提供了第二点火正时位置选项19。

在如图9和图10所示的双键配置中，曲轴14包括两个键槽。第一键槽38在TDC处或TDC附近位于曲轴14顶部，并且第二键槽40位于距曲轴14的TDC小于180度的位置。飞轮16可包括两个键槽，以对应于发动机的两个期望的点火正时选项。第一键槽42可以包括在飞轮16内并被配置成与在TDC处或TDC附近的第一曲轴键槽38对准。飞轮16的磁体32可以以使曲轴(包括连杆和活塞头)在磁体在旋转时通过点火模块22时在TDC前延迟的角度位移位置固定在飞轮16上。期望的点火正时之一的角度定向固定在距TDC第一设定(例如20度)处。第二飞轮键槽44可以与第一键槽42间隔开预定角度，例如180度。

如图11所示，如果使用第一点火正时选项17，并且飞轮16安装到曲轴14上，其中曲轴14的第一键槽38与飞轮16的第一键槽42对准，则磁体32可以具有在TDC前第一设定(例如26度)的位置点火正时。如图12所示，如果使用第二点火正时选项19并且飞轮16的第二键槽44与曲轴14的第二键槽40对准，则磁体32的位置可以绕曲轴14的中心稍微旋转并具有距TDC第二设定(例如20度)的位置点火正时角度。如图11和12所示，第二键槽位于曲轴上在顺时针方向上距离TDC小于180度的位置。也可以使第二键槽位于在逆时针方向上距TDC小于180度的位置。这将导致具有比第一点火正时选项17更大的角位移的第二点火正时选项。

在图13-15中示出的是包括三键飞轮配置和双键曲轴的另一实施方式，以在曲轴14和飞轮16之间提供三个相对对准，以及相应地提供使用相同的飞轮16和点火模块22的发动机10的三个点火正时选项。

图13示出了三键配置，以在曲轴14和飞轮16之间提供三个相对对准，以及相应地提供使用相同的飞轮16和点火模块22的发动机10的三个点火正时选项。飞轮16可以包括三个键槽(第一键槽40，第二键槽44，第三键槽46)，其间隔开以对应于针对发动机的点火正时的三个期望选项。相应的曲轴14可以包括形成在曲轴14上的两个键槽(第一键槽38，第二键槽40)(见图5和图6所示的曲轴)。第一飞轮键槽42可以被配置为与在TDC处的第一曲轴键槽38对准。另外两个飞轮键槽(44和46)可被配置为与曲轴14的第二键槽40对准。飞轮16的磁体32可以以期望的点火正时中的在第一设置角度(例如TDC前20度)的一个点火正时的角度定向上固定在飞轮16上。第二飞轮键槽44可以在顺时针方向上以160度至180度的范围与第一飞轮键槽42间隔开。第三飞轮键槽46可以在第一键槽42的逆时针方向上以160度至180度的范围与第一飞轮键槽42间隔开。

如图13所示，将曲轴14的第一键槽38和飞轮16的第一键槽42对准提供了第一点火正时位置选项17。如图14所示，将曲轴14的第二键槽40和飞轮16的第二键槽44对准提供了第二点火正时位置选项19。如图15中所示，将曲轴14的第二键槽44与第三键槽48对准提供了第三点火正时位置选项50。或者，飞轮可以被配置为使得飞轮键槽中的两个定位在飞轮上以与曲轴的第一键槽38对准。

在图13中示出另一实施方式，其中使用三键飞轮16以及双键曲轴14(例如，图5和图6的曲轴14)。图13所示的配置提供了针对机发动机10的点火正时的三个选项。在该实施方式中，如图5所示，在曲轴14上形成两个键槽(第一键槽38，第二键槽40)，在飞轮16上形成三个键槽(第一键槽40，第二键槽44和第三键槽46)。在三键配置中，三个键槽可以间隔开大约120度或者在110到130度的范围内。

如果使用第一点火正时选项17，并且将飞轮16安装到曲轴14，其中曲轴14的第一键槽38与飞轮16的第一键槽42对准，则磁体32可以具有在TDC前20-30度的范围内的位置点火正时。如果使用第二点火正时选项19，其中飞轮16的第二键槽44与曲轴14的第二键槽40对准，则磁体32的位置可以在顺时针方向上10至20度的范围内围绕曲轴14的中心旋转并且具有在TDC前30-50度范围内的位置点火正时。如果使用第三点火正时选项50，其中飞轮16的第三键槽46与曲轴14的第二键槽40对准，则磁体32的位置可以在逆时针方向上10到20度的范围内围绕曲轴的中心旋转，并具有在TDC前0-20度的位置点火正时。

作为示例，发动机10可以被配置为使用丙烷、天然气或汽油作为燃料进行操作，其中丙烷需要在TDC前27度的最佳点火正时；天然气需要在TDC前37度的最佳点火正时；汽油需要在TDC前20度的最佳点火正时。如果用户选择使用丙烷来操作发动机10，则在设定发动机10和将飞轮16安装到曲轴14时，将曲轴14的第一键槽38和飞轮16的第一键槽42对准可以允许具有使用丙烷作为燃料类型的最佳正时。如果用户选择使用天然气来操作发动机10，则在设置发动机10并将飞轮16安装到曲轴14时，将曲轴14的第二键槽44与飞轮16的第二键槽44对准可允许具有使用天然气作为燃料类型的最佳正时。如果用户选择使用汽油操作发动机10，则在设置发动机10并将飞轮16安装到曲轴14上时，将曲轴14的第二键槽44与飞轮16的第三键槽46对准可以允许具有使用汽油作为燃料类型的最佳正时。

图16中示出了两个键槽形成在曲轴14上以及三个键槽形成在飞轮16中的上述三键配置的替代方案：如图9所示的三个键槽形成在曲轴14上以及两个键槽形成在飞轮16上。在该实施方式中，飞轮16包括间隔开180度的两个键槽，其中磁体32可以具有在TDC前20-30度范围内的位置点火正时。曲轴14可以具有在TDC处的第一键槽38，并且第二键槽38可以在顺时针方向上以160度至180度的范围与第一曲轴键槽42间隔开。第三键槽48可以形成在曲轴14中，并且可以在第二曲轴键槽40的逆时针方向上以160度至180度的范围与第一曲轴键槽38间隔开。

在曲轴14中可以放置附加键槽，并且在飞轮16中可以形成附加键槽以提供四个或更多个点火正时选项。此外，本发明的多键配置可以与如上所述的由处理器控制的点火系统结合使用来提供发动机10点火正时的附加选项。

图17示出了用于制造多键曲轴和飞轮的旋转装置的示例流程图。可以提供额外的、不同的或更少的步骤。步骤按照显示的顺序或其他顺序进行。步骤也可能重复。

在步骤S101，形成用于曲轴的模具。模具包括飞轮驱动部分、多个键槽、动力输出轴部分、平衡重、主轴颈和杆轴颈。飞轮驱动部分成形为形成曲轴的锥形纵向部分。输出轴部分成形为形成与曲轴的纵向部分一致的圆柱形部分。平衡重被成形为从曲轴的纵向部分形成延伸部分。主轴颈和杆轴颈成形为从曲轴的纵向部分形成偏移的圆柱形部分。或者，键槽可以在曲轴形成之后通过机械加工形成。

在步骤S103，形成用于多键飞轮的模具。模具包括形成飞轮的圆柱形部分、多个键槽、飞轮内的中心孔和磁体安装部分。中心孔是圆柱形的，通过飞轮形成。磁体安装部分成形为接受固定在飞轮上的磁体。或者，键槽可以在形成飞轮之后通过机械加工形成。

在步骤S105，将可变形材料注入或倒入曲轴模具中。该材料可以包括铸铁、导管铁、铝、铬钢或钢。可变形材料采用模具的形状。在一个示例中，随着可变形材料的冷却，可变形材料硬化成刚性材料。在另一个示例中，使用加热、固化或其它技术将可变形材料硬化成曲轴。

在步骤S107，将可变形材料注入或倒入飞轮模具中。该材料可以包括铸铁、导管铁、铝、铬钢或钢。可变形材料采用模具的形状。在一个示例中，随着可变形材料的冷却，可变形材料硬化成刚性材料。在另一个示例中，使用加热、固化或其它技术将可变形材料硬化成飞轮。

在步骤S109，将包括硬化材料的曲轴从模具中取出。曲轴包括多个键槽、飞轮驱动部分、动力输出轴部分、平衡重、主轴颈和杆轴颈。可以进一步加工曲轴以实现所需的尺寸、形状或光洁度。

在步骤S111，将包括硬化材料的飞轮从模具中取出。飞轮包括形成飞轮的圆柱形部分、键槽、飞轮内的中心孔和磁体安装部分。可以进一步加工飞轮以实现所需的尺寸、形状或光洁度。

在步骤S113，加工包括飞轮驱动部分、多个键槽、动力输出轴部分、平衡重、主轴颈和杆轴颈的曲轴，以获得每个部件的期望的尺寸、形状和表面质量。

在步骤S115，加工包括形成飞轮的圆柱形部分、键槽、飞轮内的中心孔和磁体安装部分的飞轮，以获得每个部件的期望的尺寸和表面质量。

在步骤S117，使用紧固件和/或安装支架将磁体安装到飞轮上。磁体可以以距TDC所需的角位移固定到飞轮的圆周，以便与发动机的点火模块对准。可以根据所使用的燃料类型和飞轮的键槽和曲轴的键槽的数量来确定磁体的位置。取决于燃料的燃烧速率和压缩比，每种燃料类型具有点燃发动机的理想正时。例如，天然气可能具有在TDC前37度的理想正时。然后可以将磁体安装到飞轮的边缘的某个位置处，使得在该飞轮键和曲轴键对准的情况下，在磁体旋转通过点火模块时，活塞在TDC前37度。

图18示出了用于在多键飞轮上安装多键曲轴的示例流程图。可以提供额外的、不同的或更少的步骤。步骤按照显示的顺序或其他顺序进行。步骤也可以重复。

在步骤S201中，技术人员可以确定要用于发动机类型的燃料类型(即汽油、天然气、丙烷、液体丙烷或其它)。某些发动机可能能够以不同的燃料类型进行操作而几乎没有任何修改。在这种情况下，为了获得发动机的最佳性能，可能需要调整发动机的点火正时。每种燃料类型具有影响发动机点火正时的理想燃烧速率和压缩比。点火发动机正时可以基于曲轴距气缸内的活塞的TDC的角位移，在该角位移火花塞的点火产生最大的功率和效率。曲轴和飞轮可以具有键槽，为发动机的每种燃料类型操作建立理想的正时。例如，具有两个键槽的飞轮和具有两个键槽的曲轴，其中一个键槽使用标记用于丙烷的，另一个配置成使用标记用于天然气。

在步骤S203，技术人员可以识别可以与所选择的燃料类型相关联的正确的飞轮和曲轴键槽。飞轮和曲轴的每个键槽将与特定燃料类型的理想正时相关联。标记可用于识别飞轮和曲轴上的哪个键槽与哪个燃料类型相关。例如，如果确定天然气是所选择的燃料类型，则技术人员可以识别指定用于天然气的飞轮和曲轴上的键槽。

在步骤S205，飞轮的中心孔可以与曲轴对准，并且飞轮可以配合到曲轴上。飞轮可以滑动到曲轴上，但是不固定或紧固在其上，以使曲轴和飞轮键槽对准。

在步骤S207，飞轮的键槽与曲轴的两个键槽中的所选择的对应于在步骤S201中选择的燃料类型的一个键槽对准。与曲轴和飞轮的另一个键槽相比，这些对准的键槽可以是不同的尺寸。类似地，对准的键槽可以具有与飞轮和曲轴的其它键槽不同的形状、颜色或材料。

在步骤209，可以将键插入到对准的飞轮键槽和曲轴键槽中。键可以是紧密配合的，但是具有足够的间隙以在对准的键槽中滑动。用于不同燃料类型的每个键可以是不同的，并且可以被配置为对应于对准的键槽的独特尺寸或形状，以便仅适合正确对准的键槽。与用于其他燃料类型的键相比，对应于一种燃料类型的键可以具有与飞轮和曲轴的其它键槽不同的形状、颜色或材料。

在步骤211，将对准的飞轮和曲轴压配合在一起。将飞轮操纵在曲轴上，并使用螺栓和垫圈来固定压配合连接。压配合连接充分连接飞轮和曲轴，并将其固定到位。

图19示出了一种控制器，用于监视负载下的发动机以确定与正时调整相关的性能和效率。

控制器60可以包括处理器62、输入设备64、通信接口66、存储器68和显示器70。控制器60可以从传感器或其他输入设备接收数据。在一种情况下，控制器60可以接收测量的氧气水平或排气中的氧气量与来自氧气传感器的空气之间的差值，并使用该数据来确定在发动机当前设定正时燃烧的燃料量。基于当前设置的键槽选择和来自氧传感器的测量值，控制器可以识别曲轴的哪个其他键槽与飞轮的其它键槽中的一个对准。在另一个实例中，控制器60可访问存储器68以访问预定正时设置，其与曲轴的哪个键槽与飞轮的其中一个键槽对准的识别相对应。

控制器可以使用设置在飞轮和曲轴上的标记来传达该标识。输入设备64可以是用于将命令或选择输入到处理器62中的手持设备。命令或选择可以涉及燃料类型设置、点火正时设置或空气燃料混合物设置。显示器70可以与输入设备64集成或由工作站74提供。数据库76可以包括发动机10或点火模块22的设置，包括点火正时设置、燃料类型设置或从传感器获得的数据。该信息可以包括在表中并存储在存储器68中。可以包括另外的、不同的或更少的组件。

感测电路72可以是旋转计、转速计或测力计，其中计算和/或监测发动机的转速。感测电路72可以与处理器62一起使用以进一步改变发动机的正时以获得先进的效率或功率。在这种情况下，电子控制点火系统测量发动机的转速(rpm)，并且基于发动机的转速(rpm)，处理器62被编程为以特定的角度在特定的速度范围内点火。

感测电路72还可以包括气体传感器，用于监测进入发动机内的空气并排出发动机的排气，以基于所选正时评估发动机的性能。示例性气体传感器可以包括氧传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳或释放传感器中的一种或多种。在由用于负载的发动机的感测电路72的传感器确定发动机的性能和效率之后，可以期望调节发动机正时。传感器可以测量进入发动机的空气和排气并评估氧气水平、燃烧效率和剩余未使用的燃料，以确定是否应调整点火正时。然后，传感器可以将获得的数据传输到控制器60。用于感测电路72的其它类型的传感器包括：运动传感器、温度传感器、速度传感器、压力传感器、扭矩传感器和内部发动机传感器。

处理器62可以控制发动机、点火模块22或点火系统。处理器62可以基于任何这些传感器的输出来控制发动机的速度或火花塞的点火。处理器62可以进一步控制发动机的点火正时或充电系统。处理器62可以计算发动机的马力。处理器62还可以用于评估传感器和感测电路的输出，以增强发动机性能和效率，例如排气输出。由上述传感器收集的氧气输入和排气输出信息可以由处理器进行分析，处理器随后确定在发动机处于负载状态时提前或延迟点火正时是否合适。处理器62可以包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、模拟电路、数字电路、其组合或其他现在已知或未来开发的处理器。存储器68可以是易失性存储器或非易失性存储器。存储器可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、电子可擦除程序只读存储器(EEPROM)或其他类型的存储器中的一个或多个。存储器68可以从控制器60移除，并且存储器68可以从发动机移除，例如安全数字(SD)存储卡。

通信接口66可以包括物理接口，电接口和/或数据接口。通信接口66以现在已知或以后开发的格式提供无线和/或有线通信。除了入口端口和出口端口之外，通信接口66可以包括任何可操作的连接。可操作的连接可以是可以发送和/或接收信号、物理通信和/或逻辑通信的连接。可操作的连接可以包括物理接口、电接口和/或数据接口。

通信接口66可以连接到网络。网络可以包括有线网络(例如，以太网)、无线网络或其组合。无线网络可以是蜂窝电话网络、802.11、802.16、802.20或WiMax网络。此外，网络可以是诸如因特网的公共网络、诸如内联网的专用网络或其组合，并且可以利用现在可用或稍后开发的各种网络协议，包括但不限于基于TCP/IP的网络协议。

上述技术中的任何技术可以在非暂时性的计算机可读介质上实现，该介质可以是单个介质或多个介质，例如集中式或分布式数据库，和/或相关的缓存以及存储一组或更多组指令的服务器。术语“非暂时计算机可读介质”还应包括能够存储、编码或携带一组指令以供处理器执行或使计算机系统实现本文公开的任何一种或多种方法或操作的除信号本身外的任何介质。

在特定的非限制性示例性实施方式中，计算机可读介质可以包括固态存储器，例如容纳一个或多个非易失性只读存储器的存储卡或其它封装。此外，计算机可读介质可以是随机存取存储器或其它易失性可重写存储器。此外，计算机可读介质可以包括磁光或光学介质，例如磁盘或磁带或其他存储设备，以捕获载波信号，例如通过传输介质传送的信号。电子邮件的数字文件附件或其他独立信息存档或存档集合可以被认为是有形存储介质的分发介质。因此，本公开被认为包括可以存储数据或指令的计算机可读介质或分发介质以及其他等同物和后继介质中的任何一个或多个。计算机可读介质可以是非暂时的，其包括所有有形的计算机可读介质。

在替代实施方式中，可以构造专用硬件实现，诸如专用集成电路、可编程逻辑阵列和其他硬件设备，以实现本文所述的一种或多种方法。可以包括各种实施方式的装置和系统的应用可以广泛地包括各种电子和计算机系统。本文描述的一个或多个实施方式可以使用具有相关控制和数据信号的，或作为专用集成电路的部分的两个或多个特定互连的硬件模块或设备来实现功能，该相关控制和数据信号可以在模块之间或通过模块之间进行通信。因此，本系统包括软件、固件和硬件实现。

本文描述的实施方式的图示旨在提供对各种实施方式的结构的一般理解。这些图示不旨在作为使用本文所述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的完整描述。在阅读本公开内容之后，对于本领域技术人员而言，许多其它实施方式是显而易见的。可以从本公开中使用和导出其他实施方式，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑的替换和改变。此外，图示仅仅是表示性的，可能不会按比例绘制。插图中的某些比例可能被夸大，而其他比例可能被最小化。因此，本公开和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

虽然本说明书包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对本发明的范围或所要求保护的范围的限制，而是对本发明特定实施方式特有的特征的描述。在本说明书中在单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何合适的子组合来实现。此外，虽然上述特征可以以某些组合的形式进行描述，并且甚至最初要求保护，但要求保护的组合的一个或多个特征在某些情况下可以从组合中被切除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变化。

类似地，尽管在附图中描绘并且以特定顺序描述了操作，但是这不应被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行此类操作，或者执行所有所示的操作，来达到理想的效果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。而且，上述实施方式中的各种系统组件的分离在所有实施方式中都不应被理解为需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以集成在单个软件产品中或者被打包成多个软件产品。

本文中的一个或多个实施方案在本文中可以单独地和/或共同地由术语“发明”提及，仅为了方便起见，并且不意图将本申请的范围自愿地限制于任何特定的发明或创造性概念。此外，尽管这里已经示出和描述了具体实施方式，但是应当理解，设计成实现相同或相似目的的任何后续布置可以代替所示的特定实施方式。本公开旨在覆盖各种实施方式的任何和所有随后的适应或变化。在阅读说明书之后，上述实施方式和本文中未具体描述的其他实施方式的组合对于本领域技术人员将是显而易见的。

提供本公开的摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)，提交该摘要时应理解，其不会用于解释或限制权利要求的范围或意义。此外，在前面的具体实施方式中，可以将各种特征分组在一起或在单个实施方式中描述以简化本公开。本公开不应被解释为反映以下意图：所要求保护的实施方式要求比每个权利要求中明确叙述的更多的特征。相反，如以下权利要求所反映的那样，本发明的主题可以针对所公开的任何实施方式的所有特征。因此，以下权利要求被并入详细说明书中，每项权利要求独立地定义为单独要求保护的主题。

意图将上述详细说明视为说明性的而不是限制性的，并且应当理解，包括所有等同物的所附权利要求旨在限定本发明的范围。除非另有说明，否则不应将权利要求解读为限于描述的顺序或要素。因此，要求保护落入所附权利要求及其等同物的范围和精神内的所有实施方式作为本发明。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

曲轴，其包括在所述曲轴的远端处的多个键槽；

飞轮，其包括中心孔和用于与点火模块一起使用的磁体，所述中心孔包括在所述中心孔的圆周上的至少一个键槽；以及

键，其将所述曲轴对准所述飞轮。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述点火模块是磁电机点火模块，其被配置为当磁体通过所述磁电机点火模块时触发火花塞的点火。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述飞轮的所述至少一个键槽包括间隔开的两个键槽。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述两个键槽以160度至180度的范围间隔开。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述曲轴的所述多个键槽包括间隔开的两个键槽。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述曲轴的所述多个键槽包括以160度至180度的范围间隔开的两个键槽。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述飞轮的所述至少一个键槽包括标记，所述标记与所述曲轴的所述多个键槽中的一个相关联。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述曲轴的远端的一部分是锥形的，以接受所述飞轮。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括：

显示器，用于显示所述曲轴的所述多个键槽中的所选键槽，以与所述飞轮的所述至少一个键槽对准。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述飞轮的所述至少一个键槽包括三个键槽，每个键槽以120度的范围间隔开，并且所述曲轴的所述多个键槽包括间隔开180度的两个键槽。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述飞轮的所述至少一个键槽包括从所述飞轮的中心间隔开180度的两个键槽，并且所述曲轴的所述多个键槽包括三个键槽，每个键槽以110度至130度的范围间隔开。

12.根据权利要求1所述的装置，还包括：

控制器，其被配置为识别所述曲轴的所述多个键槽中的一个，以与所述飞轮的所述至少一个键槽对准。

13.根据权利要求12所述的装置，还包括：

传感器，其被配置为测量氧，其中所述控制器被配置为评估所测量的氧并且识别所述曲轴的所述多个键槽中的一个键槽以与所述飞轮的所述至少一个键槽对准。

14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制器被配置为根据预定的正时设置来识别用于所述飞轮的所述至少一个键槽的第一标记或用于所述曲轴的所述多个键槽中的一个键槽的第二标记。

15.一种用于内燃机的旋转装置的制造方法，所述方法包括：

在飞轮内形成中心孔和所述中心孔的圆周上的至少一个键槽；

将磁体连接到所述飞轮上；以及

在曲轴的远端部内形成多个键槽，

其中，所述曲轴被配置成接受所述飞轮。

16.根据权利要求15所述的旋转装置的制造方法，其中，形成所述多个键槽包括形成不同尺寸的所述多个键槽中的每一个。

17.一种使用旋转装置的方法，所述方法包括：

在曲轴上安装飞轮，所述曲轴包括位于所述曲轴的远端部的多个曲轴键槽，所述飞轮包括中心孔和用于与点火模块一起使用的磁体，所述中心孔在孔的圆周上包括至少一个飞轮键槽；

将所述至少一个飞轮键槽与所述多个曲轴键槽中的一个对准；以及将键插入所述至少一个飞轮键槽和所述多个曲轴键槽中的一个中。

18.根据权利要求19所述的使用旋转装置的方法，其中，所述飞轮包括具有从所述飞轮的中心以160度至170度范围间隔开的第一键槽和第二键槽的飞轮，以及所述曲轴的多个键槽包括在上止点的第三键槽，以及从所述曲轴的中心以180度与第三键槽间隔开的第四键槽；将所述至少一个键槽与所述多个键槽中的一个对准进一步包括：

对准所述第二键槽和所述第三键槽并插入所述键，从而第一键槽集以距离所述曲轴的上止点10至20度的范围与所述第三键槽间隔开。

19.根据权利要求19所述的使用旋转装置的方法，其中，所述飞轮包括具有第三键槽和从所述飞轮的中心间隔开180度的第四键槽的飞轮，以及

所述曲轴的所述多个键槽包括在上止点处的第一键槽和从所述曲轴的中心以160度至170度范围与所述第一键槽间隔开的第二键槽，将所述至少一个键槽与所述多个键槽中的一个键槽对准的步骤进一步包括：

对准所述第二键槽和所述第三键槽并插入所述键，其中所述第一键槽集以距离所述曲轴的上止点10至20度的范围与所述第四键槽间隔开。

20.根据权利要求19所述的使用内燃机的方法，其中，所述飞轮包括具有第一键槽、第二键槽和第三键槽的飞轮，每个键槽间隔开120度，以及

所述曲轴的所述多个键槽包括在上止点处的第四键槽和从所述曲轴中心与所述第四键槽间隔开180度的第五键槽，将所述至少一个键槽与所述多个键槽中的一个对准的步骤还包括：

将所述第二键槽或第三键槽与所述第四键槽对准并插入所述键，其中所述第一键槽集以距离所述曲轴的上止点60度与所述第一键槽间隔开。