CN109322903A - 平衡重和包括该平衡重的曲轴 - Google Patents

平衡重和包括该平衡重的曲轴 Download PDF

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Abstract

本发明提供能使曲轴的轻量化和提高将曲轴锻造成形时的平衡重部分的填充性两立的平衡重和包括该平衡重的曲轴。平衡重(CW8)是形成发动机的曲轴(C)的平衡重，包括将曲轴(C)的曲柄轴颈(CJ)与曲柄销(CP)连接的臂部(CA)、从臂部(CA)的第一连接面(11)延伸设置在曲柄销(CP)的相反侧的颈部(13)以及与颈部(13)相连设置在曲柄轴颈(CJ)的相反侧的大致扇形的重量部(15)，从曲轴轴心(CS1)方向观察时，重量部(15)的与颈部(13)相连设置的左右肩部(14)向远离该颈部(13)的方向与直线(L1)形成15°以上22.5°以下的角度(α)，直线(L1)是与曲轴轴心正交的水平方向的直线。

Description

平衡重和包括该平衡重的曲轴
技术领域
本发明涉及一种设置在发动机的曲轴上的平衡重和包括该平衡重的曲轴。
背景技术
迄今为止，在发动机的曲轴上设置平衡重(counter weight)来抵消由不平衡量(the amount of imbalance)导致的往返系统的惯性力(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利5841977号公报
发明内容
－发明所要解决的技术问题－
然而，如果为了实现曲轴的轻量化而调整平衡重的形状，则存在在将曲轴锻造成形时平衡重部分的填充性降低的问题。
于是，本发明的目的在于，提供一种能够使曲轴的轻量化和提高将曲轴锻造成形时的平衡重部分的填充性两立的平衡重和包括该平衡重的曲轴。
－用以解决技术问题的技术方案－
这里所公开的平衡重是形成发动机的曲轴的平衡重，其特征在于，包括：臂部，其将所述曲轴的曲柄轴颈与曲柄销连接；颈部，其从所述臂部的所述臂部与所述曲柄轴颈的连接部起向以曲轴轴心为基准时的所述曲柄销的相反侧延伸设置；以及重量部，其与所述颈部相连设置，所述重量部设置在以所述颈部为基准时的所述臂部的相反侧，从曲轴方向观察时，所述重量部呈大致扇形，从曲轴方向观察时，所述重量部的与所述颈部相连设置的左右的肩部形成为相对于与曲轴轴心正交的水平方向向远离该颈部的方向倾斜，相对于水平方向倾斜的所述肩部的倾斜角度是15°以上22.5°以下的角度。
由平衡重的肩部和与曲轴轴心正交的水平方向形成的角度越小，越能使从曲轴轴心到平衡重的重心为止的距离增大，因此，能够既满足发挥平衡重的功能所需的不平衡量，又能使平衡重轻量化。另一方面，上述角度越大，锻造成形时的填充性越高。
根据本发明，通过将由平衡重的肩部和与曲轴轴心正交的水平方向形成的角度设在上述范围内，既能够使平衡重轻量化又能够提高锻造成形时的填充性。
此外，优选为，从曲轴方向观察时，所述颈部的宽度h与从所述曲轴轴心开始算的平衡重半径R的比h/R在0.44以上0.49以下。
根据本构成方式，通过将上述比h/R设在上述范围内，从而能够达到平衡重的轻量化与锻造成形时的填充性之间的平衡。
这里所公开的曲轴包括上述的平衡重。
根据本构成方式，能够提供既具有高功能性又实现了轻量化的曲轴，进而能够有助于提高车辆的燃料效率和轻量化。
－发明的效果－
如上所述，根据本发明，通过将由平衡重的肩部和与曲轴轴心正交的水平方向形成的角度设在上述范围内，从而既能够使平衡重轻量化又能够提高锻造成形时的填充性。
附图说明
图1是包括一实施方式所涉及的平衡重的曲轴的立体图。
图2是图1的曲轴的侧视图。
图3是图1的曲轴的成形模具(下部模具)的俯视图。
图4是本实施方式所涉及的平衡重的侧视图。
图5是从后侧观察图4的平衡重的图。
图6是从前侧观察图4的平衡重的图。
图7是示出填充量相对于角度α和h/R的变化的图表。
图8是绘出了相对于角度α和h/R的平衡重质量的图表。
－符号说明－
11-第一连接面(连接部)；12-第二连接面；13-颈部；14-肩部；15-重量部；C-曲轴；CA-臂部；CJ-曲柄轴颈；CP-曲柄销；CS1-曲轴轴心；CW8-平衡重；h-宽度；M1-腔体；R-平衡重半径；t-重量部厚度；T-重量部高度；W-重量部宽度。
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。下面的优选实施方式的说明只不过是本质上的示例而已，并没有对本发明、其应用对象或其用途加以限制的意图。
(第一实施方式)
＜曲轴＞
图1和图2示出了包括本实施方式所涉及的平衡重CW8的曲轴C。
曲轴C设置在纵置式直列四气缸汽油发动机内。需要说明的是，本实施方式所涉及的平衡重CW8并不是只用于纵置式直列四气缸发动机的曲轴，在横置式发动机、柴油发动机、其它直列多气缸发动机、V型多气缸发动机、单气缸发动机等的曲轴中也能够采用本实施方式所涉及的平衡重CW8。
曲轴C包括平衡重CW，其具有形成其主轴部的曲柄轴颈CJ、连接有图外的连杆的曲柄销CP以及将曲柄轴颈CJ与曲柄销CP连接的臂部CA。需要说明的是，将曲轴C的中心轴设为曲轴轴心CS1。如后所述，曲轴轴心CS1通过曲柄轴颈CJ的中心。
由于曲柄轴颈CJ被未图示的缸体的五个轴承部枢轴支承而能够进行旋转，因此，在曲轴C中设置有五个曲柄轴颈CJ，如上所述，曲柄轴颈CJ形成以曲轴C的曲轴轴心CS1为中心的主轴部。在相邻的曲柄轴颈CJ之间并且是从曲轴轴心CS1偏离了规定距离的位置上设置有四个曲柄销CP。在该曲柄销CP上连接有未图示的连杆的连杆大端。若曲轴C绕曲轴轴心CS1旋转，则曲柄销CP绕曲轴轴心CS1旋转，由此，与曲柄销CP连接的活塞伴随着曲轴C的旋转而进行上下运动。
－方向－
在本说明书中，如图1所示，“前后方向”是指将曲轴C的前侧作为前侧、将曲轴C的后侧(rear)作为后侧的方向。需要说明的是，“从曲轴方向观察时”和“从曲轴轴心CS1方向观察时”是相同的意思，表示从前侧或后侧观察的意思。如图2所示，“上下方向”是指，与前后方向正交且在将平衡重CW8中的曲柄销CP侧作为上侧、将曲柄轴颈CJ侧作为下侧的方向。如图5所示，“左右方向”是指从后侧观察时与上下方向正交的方向。
－曲轴的制造方法－
曲轴C是通过锻造成形而制造出的包括曲柄轴颈CJ、曲柄销CP、平衡重CW的一体成形品。图3示出了用于锻造成形的模具的一个例子。模具M是下部模具，当下部模具与图外的上部模具在接合面上互相接合的状态下，形成用于成形曲轴C的腔体M1。平衡重CW8是利用用符号M2～M4示出的腔体部分形成的。平衡重CW8的后述的颈部13和重量部(weight)15是分别利用用符号M3和M4示出的腔体部分来形成的，然而颈部13的粗度、颈部13与重量部15相连的部分的角度，会给金属材料向用符号M4示出的腔体部分填充的填充性带来影响。
＜平衡重＞
下面，对本实施方式所涉及的平衡重CW8进行说明。
在相邻的曲柄轴颈CJ与曲柄销CP之间设置有一个平衡重CW，总共设置有八个平衡重CW，形成了曲轴C的骨架。关于平衡重CW而言，在本说明书中，为了便于说明，从前侧开始依次用符号CW1～CW8示出平衡重CW。
本实施方式所涉及的平衡重CW8设置在曲轴C的最靠后侧的位置上，即后侧。需要说明的是，本实施方式所涉及的平衡重CW8也可以设置在平衡重CW1～CW7的位置上，也可以为，在曲轴C内不是只设置有一个平衡重CW8，而是设置有多个。
平衡重CW8具有上述的臂部CA、从臂部CA延伸出来的颈部13以及与颈部13相连且设在以颈部13为基准时的臂部CA的相反侧的重量部15。
－臂部－
如图4所示，臂部CA包括第一连接面11和第二连接面12，其中，第一连接面11是臂部CA与曲柄轴颈CJ的连接部，第二连接面12是臂部CA与曲柄销CP的连接部。
若从后侧观察平衡重CW8，则如图5所示，第一连接面11呈大致圆形，曲轴轴心CS1位于其中心。
若从前侧观察平衡重CW8，则如图6所示，第二连接面12呈上侧稍微被压扁的大致圆形。
需要说明的是，关于第一连接面11、第二连接面12的叙述是为了便于说明而做的叙述，在实际的制造曲轴C的工序中，如上所述，曲柄轴颈CJ、曲柄销CP、平衡重CW是一体成形的。
－颈部－
如图4所示，在从臂部CA的形成有第一连接面11的位置的附近开始向下侧偏离的位置上，即曲柄销CP的相反侧，延伸设置有颈部13。
通过形成颈部13，能够使平衡重CW的重心位置从曲轴轴心CS1的位置向下侧即重量部15侧偏离。
即，如图5和图6所示，若颈部13的最细部分的在左右方向上的宽度为h，则宽度h越小，平衡重CW8的重心位置就越向重量部15侧偏离，并且能够使平衡重CW8轻量化。这样一来，就能够既确保平衡重CW发挥功能时所需的不平衡量，又能促进平衡重CW的轻量化。
－重量部－
如图4～图6所示，在颈部13的、曲柄轴颈CJ的相反侧即臂部CA的相反侧，相连设置有大致扇形的重量部15，重量部15用于给平衡重CW8施加必要的不平衡量。
如图5、图6所示，从曲轴轴心CS1方向观察时，假设从曲轴轴心CS1到重量部15的下侧为止的距离是平衡重半径R，则重量部15的下侧形成为以曲轴轴心CS1为中心、以平衡重半径R为半径的大致圆弧状。需要说明的是，在本说明书中，“大致圆弧状”包括作为圆的一部分的圆弧状，包括具有一部分平坦的部分等的形状。这样一来，“大致扇形”是指具有形成为上述的大致圆弧状的部分的形状。
如图4所示，将平衡重CW8的重量部15的在前后方向上的厚度设为重量部厚度t。如此外，图5所示，将从第一连接面11的最下部U1到重量部15的最下部U2为止的距离设为重量部高度T，将重量部15的在左右方向上的最大宽度设为重量部宽度W。在形成曲轴C后，能够通过调整这些重量部厚度t、重量部高度T以及重量部宽度W的大小来调整平衡重CW8的不平衡量。需要说明的是，从确保不平衡量的观点来看，对于本实施方式所涉及的平衡重CW8而言，优选为W/R大于等于1且小于2。
这里，如图5、图6所示，本实施方式所涉及的平衡重CW8的特征在于，在重量部15上形成有肩部14，肩部14从颈部13起向左方下侧、右方下侧平滑地倾斜延伸。
具体而言，假设通过第一连接面11的最下部U1且沿左右方向即水平方向延伸的直线为L1，则肩部14形成为其从颈部13延伸至直线L1的下方。换言之，从曲轴轴心CS1方向观察时，左右的肩部14向远离颈部13的方向与直线L1形成角度α，上述直线L1即为与曲轴轴心CS1正交的水平方向。
平衡重CW8的肩部14与直线L1形成的角度α越小，越能使平衡重CW8的重心位置向下方偏离。这样一来，能够既满足平衡重CW8的不平衡量又实现平衡重CW8的轻量化。另一方面，若上述角度α减小，则在将曲轴C锻造成形时的填充性会降低。由此，从提高填充性的观点来看，优选角度α较大。
关于平衡重CW8的形状，将R设为81mm、将不平衡量设为恒定值，然后使用锻造模拟来计算出了金属材料相对于h/R和角度α的变化下的填充量(mm3)。计算条件如下。即，以只将曲轴C的平衡重CW8提取出的形状制作了简易模具模型。然后，假设有6000吨锻造冲压成形装置，在模具温度150℃、材料：碳钢JIS S45C、材料温度1170℃的条件下，计算出了每1mm冲程(stroke)的金属材料的填充量(mm3)。将结果示于图7和图8中。
首先，如图7所示，在角度α为0°、10°、20°、25°的情况下，让h/R的值从0.42开始变化，每次变化0.05，变化到0.67为止，从而计算出了填充量。然后，提取了在所有角度下填充量达到3577mm3(图7中用虚线示出)左右的形状(图7中用符号P1、P4、P7、P8示出)。此外，在角度α为15°、17.5°、21.5°、22.5°的情况下，计算出填充量达到3577mm3左右的形状的h/R(图7中用符号P2、P3、P5、P6示出)。
接下来，如图8所示，对于在图7中用符号P1～P8示出的形状，绘出相对于h/R的平衡重质量(g)。
由此可知：如图7所示，所有形状表示相同程度的填充量，然而如图8所示，平衡重质量根据角度α和h/R而发生变化，角度α在15°以上22.5°以下、h/R在0.44以上0.49以下的形状(图8中符号P2～P6)下，平衡重CW8的质量在790g以下。
根据图7和图8的结果，期望直线L1与肩部14形成的角度α是如下的角度，即，上述角度优选为15°以上22.5°以下，更优选为16°以上22°以下，特别优选为17.5°以上21.5°以下。这样一来，既能够确保平衡重CW8的不平衡量，又能够促进平衡重CW8的轻量化，同时能够提高锻造成形时的填充性。
此外，如图5和图6所示，对于本实施方式所涉及的平衡重CW8而言，从曲轴轴心CS1方向观察时，期望将颈部13的宽度h与平衡重半径R的比h/R设在如下的范围内，即，上述比h/R优选为0.44以上0.49以下，更优选为0.45以上0.48以下。根据本构成方式，能够达到平衡重CW8的轻量化和锻造成形时的填充性之间的平衡。
(其它实施方式)
下面，对本发明所涉及的其它实施方式进行说明。需要说明的是，在针对这些实施方式进行的说明中，对于与上述实施方式相同的部分标注相同的符号并省略详细的说明。
在上述实施方式中平衡重CW8的重量部15的形状是大致扇形，然而对于除了平衡重CW8以外的设置在曲轴C上的平衡重CW而言，重量部15的形状并不限于大致扇形，从整个曲轴C上达到惯性力的平衡的观点来看，例如如图1所示，能够采用包括大致扇形在内的适当的最佳形状。
－产业实用性－
本发明能够提供可使曲轴的轻量化和提高将曲轴锻造成形时的平衡重部分的填充性两立的平衡重和包括该平衡重的曲轴，因而非常有用。

Claims (3)

1.一种平衡重，其形成发动机的曲轴，
所述平衡重的特征在于：包括：
臂部，其将所述曲轴的曲柄轴颈与曲柄销连接；
颈部，其从所述臂部的所述臂部与所述曲柄轴颈的连接部起向以曲轴轴心为基准时的所述曲柄销的相反侧延伸设置；以及
重量部，其与所述颈部相连设置，所述重量部设置在以所述颈部为基准时的所述臂部的相反侧，从曲轴方向观察时所述重量部呈大致扇形，
从曲轴方向观察时，所述重量部的与所述颈部相连设置的左右的肩部形成为相对于与曲轴轴心正交的水平方向向远离该颈部的方向倾斜，相对于水平方向倾斜的所述肩部的倾斜角度是15°以上22.5°以下的角度。
2.根据权利要求1所述的平衡重，其特征在于：
从曲轴方向观察时，所述颈部的宽度h与从所述曲轴轴心开始算的平衡重半径R的比h/R在0.44以上0.49以下。
3.一种包括权利要求1或2所述的平衡重的曲轴。
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