CN109891121B - 具有飞轮的内燃机组件 - Google Patents
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Abstract
一种内燃机组件,该内燃机组件具有:曲轴箱;气缸体,该气缸体连接至曲轴箱,气缸体限定至少一个气缸;至少一个活塞,所述至少一个活塞布置在至少一个气缸中;曲轴,该曲轴至少部分地布置在曲轴箱中并且该曲轴操作性地连接至至少一个活塞;以及飞轮,该飞轮操作性地连接至曲轴且被曲轴驱动。曲轴绕曲轴轴线沿第一方向旋转。飞轮绕飞轮轴线沿与第一方向相反的第二方向旋转。离合器选择性地将曲轴操作性地连接至飞轮。还公开了一种具有该内燃机组件的船用舷外发动机。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年8月31日提交的美国临时专利申请No.62/381,696的优先权,其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本技术涉及内燃机组件,并且更具体地涉及具有飞轮的内燃机组件。
背景技术
每次爆震所产生的冲击是内燃机的噪声、振动和不平顺性(NVH)重要因素。通常,单缸发动机比相同移位的多缸发动机产生更多的NVH。这是因为单缸发动机每转一圈产生一次爆震,而产生相同动力的多缸发动机通过每转一圈多次爆震的方式将该动力传递出去。这样的多缸发动机中的动力的传递既减小了每次爆震的振幅又增大了爆震的频率,从而致使爆震更加不明显。
然而,多缸发动机具有带有更多个移动部件和复杂性方面的缺点。这增大了摩擦损失和成本,并且每单位移位提供略少的动力。
大多数发动机具有附接至燃烧室外侧的曲轴的飞轮,该飞轮有助于使燃烧循环冲击更平滑并且通过储存能量以在爆震之间使用。当存在有用于启动发动机的齿圈和/或用于发电的磁发电机时,这些部件的转动惯量被添加到飞轮的转动惯量。飞轮的更大的转动惯量和以与飞轮相同的方向转动的部件的更大的转动惯量导致在燃烧循环期间所产生的冲击更平滑。然而,即使具有这种飞轮,仍存在引起NVH的不平衡力,该不平衡力包括由气缸侧壁的力所产生的发动机气缸体上的未被抗衡的力偶。
因此,存在对于具有用于使燃烧循环冲击平滑的系统的内燃机组件的需要。
还存在对于具有这种系统的单缸发动机组件的需要。
发明内容
本技术的目的是改善现有技术中存在的至少一些不便之处。
根据本技术的一个方面,提供了一种内燃机组件,该内燃机组件具有:曲轴箱;气缸体,该气缸体连接至曲轴箱,气缸体限定至少一个气缸;至少一个活塞,所述至少一个活塞布置在至少一个气缸中;曲轴,该曲轴至少部分地布置在曲轴箱中并且该曲轴操作性地连接至至少一个活塞;以及飞轮,该飞轮操作性地连接至曲轴且被曲轴驱动。曲轴绕曲轴轴线沿第一方向旋转。飞轮绕飞轮轴线沿与第一方向相反的第二方向旋转。离合器选择性地将曲轴操作性地连接至飞轮。
在本技术的一些实施方案中,飞轮布置在曲轴箱和气缸体的外部。
在本技术的一些实施方案中,当曲轴旋转成超过离合器接合速度时,离合器将飞轮与曲轴断开连接。
在本技术的一些实施方案中,离合器与曲轴同轴并且离合器沿第一方向旋转。
在本技术的一些实施方案中,第一齿轮连接至离合器,并且第二齿轮连接至飞轮且与飞轮同轴。第二齿轮接合第一齿轮。
在本技术的一些实施方案中,手动启动组件操作性地连接至飞轮。
在本技术的一些实施方案中,手动启动组件具有:绳索卷轴,该绳索卷轴连接至飞轮且与飞轮同轴;绳索,该绳索至少部分地绕绳索卷轴卷绕;以及把手,该把手连接至绳索。绳索卷轴、绳索和把手形成发动机组件的绳索启动系统的至少一部分。
在本技术的一些实施方案中,飞轮轴线平行于曲轴轴线并从曲轴轴线偏移。
在本技术的一些实施方案中,至少一个气缸是单个气缸,并且所述至少一个活塞是单个活塞。
在本技术的一些实施方案中,飞轮是第二飞轮,并且飞轮轴线是第二飞轮轴线。内燃机组件还具有第一飞轮,该第一飞轮操作性地连接至曲轴且被曲轴驱动。第一飞轮绕第一飞轮轴线沿第一方向旋转。第二飞轮操作性地连接至第一飞轮且被第一飞轮驱动。
在本技术的一些实施方案中,第一飞轮和第二飞轮在曲轴箱和气缸体的同一侧布置在曲轴箱和气缸体的外部。
在本技术的一些实施方案中,第二飞轮的至少一部分布置在第一飞轮与曲轴箱和气缸体中的至少一者之间。
在本技术的一些实施方案中,离合器选择性地将第一飞轮操作性地连接至第二飞轮。
在本技术的一些实施方案中,当曲轴旋转成超过离合器接合速度时,离合器将第一飞轮与第二飞轮断开连接。
在本技术的一些实施方案中,离合器与曲轴和第一飞轮同轴,并且离合器沿第一方向旋转。
在本技术的一些实施方案中,第一齿轮连接至离合器,并且第二齿轮连接至第二飞轮且与第二飞轮同轴。第二齿轮接合第一齿轮。
在本技术的一些实施方案中,第一齿轮和第二齿轮的齿轮比小于一。该齿轮比对应于第二齿轮的齿数除以第一齿轮的齿数。
在本技术的一些实施方案中,齿轮比为1:3。
在本技术的一些实施方案中,手动启动组件操作性地连接至第二飞轮。
在本技术的一些实施方案中,手动启动组件具有:绳索卷轴,该绳索卷轴连接至第二飞轮且与第二飞轮同轴;绳索,该绳索至少部分地绕绳索卷轴卷绕;以及把手,该把手连接至绳索。绳索卷轴、绳索和把手形成发动机组件的绳索启动系统的至少一部分。
在本技术的一些实施方案中,第二飞轮轴线平行于第一飞轮轴线并从第一飞轮轴线偏移。
在本技术的一些实施方案中,曲轴轴线和第一飞轮轴线是同轴的。
在本技术的一些实施方案中,第一飞轮轴线延伸穿过曲轴箱并且第二飞轮轴线延伸穿过气缸体。
在本技术的一些实施方案中,旋转式发电机操作性地连接至曲轴。旋转式发电机包括定子和相对于定子旋转的转子。第一飞轮包括该转子。
在本技术的一些实施方案中,转子至少部分地围绕定子。
在本技术的一些实施方案中,第二飞轮比第一飞轮旋转得更快。
在本技术的一些实施方案中,第二飞轮的旋转速度是第一飞轮的旋转速度的三倍。
在本技术的一些实施方案中,第二飞轮的半径大于第一飞轮的半径。
在本技术的一些实施方案中,第二飞轮的质量小于第一飞轮的质量。
在本技术的一些实施方案中,第二飞轮的转动惯量小于第一飞轮的转动惯量。
在本技术的一些实施方案中,当第一飞轮和第二飞轮正在旋转时,发动机组件的沿第二方向转动的部件的角动能大致等于发动机组件的沿第一方向转动的部件的角动能。发动机组件的沿第一方向转动的部件至少包括曲轴和第一飞轮。发动机组件的沿第二方向转动的部件至少包括第二飞轮。
根据本技术的另一方面,提供了一种船用舷外发动机,该船用舷外发动机具有:整流罩;根据上述方面和实施方案中的任一方面和实施方案的内燃机组件,该内燃机组件至少部分地布置在整流罩中;传动轴,该传动轴操作性地连接至曲轴且被曲轴驱动;螺旋桨轴,该螺旋桨轴操作性地连接至传动轴且被传动轴驱动;以及螺旋桨,该螺旋桨连接至螺旋桨轴且被螺旋桨轴驱动。
本技术的各实施方案各自具有上述目的和/或方面中的至少一个目的和/或方面,但是不一定具有它们全部。应当理解的是,本技术的通过试图实现上述目的得到的一些方面可能不满足该目的并且/或者可能满足在本文中未具体阐述的其他目的。
通过以下描述、附图和所附权利要求,本技术的实施方案的附加的和/或替代性的特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
为了更好地理解本技术以及本技术的其他方面和另外特征,将参照与附图结合使用的以下描述,在附图中:
图1是示出为处于直立位置的船用舷外发动机的左侧立视图;
图2是从图1的船用舷外发动机的内燃机的左前侧截取的立体图;
图3是图2的发动机组件的左侧立视图;
图4是图2的发动机组件的前立视图;
图5是图2的发动机组件的部分分解图;
图6是通过图4的线6-6所截取的从图2的发动机组件的上部部件的横截面的右前侧截取的立体图;
图7是从图2的发动机组件的左前侧截取的立体图,其中,盖被移除;
图8是从图2的发动机组件的左前侧截取的立体图,其中,盖和壳体面板被移除;
图9是通过图4的线6-6所截取的从图2的发动机组件的飞轮部件的横截面的右前侧截取的立体图;以及
图10是通过图4的线6-6截取的图2的发动机组件的飞轮组件的横截面图。
具体实施方式
内燃机组件100将在本文中被描述为设置在用于推进船只的船用舷外发动机10中。设想到的是,内燃机组件100可以用于比如但不限于雪地车、全地形车辆(ATV)和滑行车的其他车辆中,并且可以用于比如但不限于发电机、割草机和其他小型发动机应用的其他应用中。
参照图1,船用舷外发动机10具有整流罩12。船用舷外发动机10包括顶部部分14和底部部分16。底部部分16包括中间部段18、齿轮箱组件20、艉鳍部分22以及螺旋桨24。
整流罩12围绕并保护容置在整流罩12内的内燃机组件100。下面将对内燃机组件100进行更详细地描述。内燃机组件100操作性地连接至布置在整流罩12中的竖向定向的传动轴26。传动轴26联接至传动机构28,该传动机构28包括变速器30、螺旋桨轴32和螺旋桨24。螺旋桨24安装在被变速器30驱动的螺旋桨轴32上。螺旋桨轴32部分地布置在齿轮箱组件20中并且螺旋桨轴32大致垂直于传动轴26。传动轴26和传动机构28部分地容置在底部部分16的齿轮箱组件20内,并且将动力从内燃机组件100传递至安装在舷外发动机10的齿轮箱组件20的后侧上的螺旋桨24。舷外发动机10的推进系统还可以包括喷射式推进装置、涡轮、或其他已知的推进装置。
船尾支架34和旋转支架36用于将舷外发动机10安装至船只。船尾支架34附接至船只并且船尾支架34可以采取各种形式,所述各种形式中的细节通常是已知的。旋转支架36以可枢转的方式连接至船尾支架34,使得舷外发动机10相对于船只的角度可以进行改变,以便驾驶船只。
在图1中所示出的实施方案中,舵柄38操作性地连接至旋转支架36并且在整流罩12的前方延伸,以提供用于舷外发动机10的手动驾驶的控制杆。舵柄38以可旋转的方式紧固至旋转支架36,使得舵柄38可以被提升以便于控制和运输。舵柄38包括把手40,把手40呈如在大多数传统的小型船用舷外发动机那样用于节气门控制的旋转手柄的形式。舵柄38还包括用于选定变速器30的前进档、空挡、倒挡的换挡杆42。设想到的是,舵柄38可以被省掉,并且可以使用连接至液压或电动转向系统的方向盘来操纵舷外发动机10,并且可以通过靠近方向盘布置的一个或更多个控制杆来控制内燃机组件100的节气门和变速器30的位置。
整流罩12包括具有顶罩46的上部马达盖组件44以及下部马达盖48。上部马达盖组件44封围内燃机组件100的顶部部分。下部马达盖48围绕内燃机组件100的其余部分和排气系统(未示出)。中间部段18从下部马达盖48延伸至齿轮箱组件20并且包括下部马达盖48的下半部。齿轮箱组件20封围变速器30并且以已知的方式支承传动机构28。
上部马达盖组件44和下部马达盖48由片材、比如塑料制成,但是还可以由金属、复合材料等制成。下部马达盖48和/或整流罩12的其他部件可以形成为单个件或者形成为若干件。例如,下部马达盖48可以形成为沿着竖向接合部配合的两个横向部件。下部马达盖48也由片材、比如塑料制成,但是还可以由金属、复合材料等制成。一种合适的复合材料是片状膜塑料(SMC),该片状膜塑料(SMC)通常为模制成型的玻璃纤维增强型片材。
上部马达盖组件44的下边缘50以密封的关系与下部马达盖48的上边缘52配合。在上部马达盖组件44的下边缘50与下部马达盖48的上边缘52之间布置有密封件,以形成水密连接。在整流罩12的侧部和/或前部和/或后部处中的至少一者上设置一个或更多个锁定机构(未示出),以将上部马达盖组件44锁定在下部马达盖48上。
上部马达盖组件44以两个部件形成,但是还可以是单个部件。上部马达盖组件44包括在整流罩12的后部上形成为凹部部分的进气部分54。进气部分54构造成允许空气进入、但是防止水进入到整流罩12的内部并且然后进入到内燃机组件100中。这种构型可以例如包括弯曲的路径。顶罩46限定进气部分54的一部分。设想到的是,进气部分可以被限定在整流罩12上的其他位置处。顶罩46还限定凹部56,手动启动组件104(图5)的把手102被接纳在该凹部56中。
现在转向图2至图10,将更加详细地描述内燃机组件100。内燃机组件100包括内燃机106、安装至发动机106的壳体108、磁发电机110、飞轮112以及手动启动组件104。磁发电机110、飞轮112和手动启动组件104被布置在壳体108中,如下面将更详细讨论的。
发动机106是二冲程的直接喷射式内燃机。设想到的是,可以使用其他类型的发动机,比如例如以四冲程原理运行的发动机或化油器式发动机。如在图3中最佳看到的,发动机106具有曲轴箱114、气缸体116和气缸盖117。
曲轴箱114的一个部分118与气缸体116一体形成。曲轴箱114的另一部分120与气缸体116分开形成并且被紧固至曲轴箱114的部分118。气缸体116限定单个气缸121(在图3中以虚线示出)。单个活塞122(在图3中以虚线示出)被布置在气缸121中。设想到的是,气缸体116可以限定多于一个的气缸121,在这种情况下,将提供相应数目的活塞122。气缸体116和部分118、活塞122通过金属铸造工艺制成,但是设想到其他工艺。气缸盖117紧固至气缸体116的端部。
曲轴124部分地容置在曲轴箱114中。应当注意到的是,在附图中仅示出了曲轴124的一部分。如在图10中最佳看到的,曲轴124包括输出轴126、配重部128、腹板130以及曲柄销132。输出轴126从曲轴箱114伸出。布置在输出轴126与曲轴箱114之间的轴承(未示出)允许曲轴124绕与输出轴126的中心轴线相对应的曲轴轴线134旋转。配重部128和腹板130连接至曲轴箱114内的输出轴126的基部。曲柄销132连接至腹板130并且从曲轴轴线134(图10)偏移。连杆(未示出)将曲柄销132连接至活塞122。活塞122沿着气缸121的中心轴线——在本文中被称为气缸轴线136(图3)——的往复运动导致曲轴124绕曲轴轴线134旋转。曲柄销132的与连接至腹板130的端部相反的端部连接至曲柄盘(未示出),该曲柄盘还形成曲轴124的一部分。曲柄盘连接至与输出轴126同轴的花键轴138。花键轴138连接至传动轴26,使得发动机106可以驱动传动轴26。设想到的是,曲柄盘可以由第二配重部和腹板代替。还设想到的是,传动轴26可以以与在上面所描述的方式连接至曲轴124。
壳体108包括下部盖140、中间盖142和上部盖144。在本实施方案中,下部盖140、中间盖142和上部盖144由塑料制成,但是设想到的是,可以使用其他材料,比如例如玻璃纤维或其他复合材料。设想到的是,上部马达盖组件44和下部马达盖48可以被省掉,使得壳体108被暴露。
下部盖108紧固至曲轴箱114和气缸体116。下部盖108具有限定圆形孔口的内部圆形唇部146。在该孔口中布置有盘148并且盘148紧固至曲轴箱114。在本实施方案中,盘148由金属制成,但是设想到的是,盘148可以由其他材料制成。曲轴114的输出轴126穿过盘148。轴承149(图6)布置在盘148与输出轴126之间,以便将曲轴124以可旋转的方式支承在盘148中。在从曲轴124的输出轴126偏移的一位置处,轴150(图6)连接至盘148。在本实施方案中,轴150的轴线151(图10)平行于曲轴轴线134并且被包含在由曲轴轴线134和气缸轴线136所限定的平面中。磁发电机110包括转子172,该转子172在盘148上方安装至输出轴126,如下面将更详细描述的。飞轮112在盘148上方安装至轴150,如下面将更详细描述的。
中间盖142安装在下部盖140的顶部上。由此,磁发电机110和飞轮112布置在下部盖140与中间盖142之间。中间盖142具有围绕磁发电机110的环形唇部152。圆形板154连接至中间盖142并且封闭由唇部152所限定的孔口。在本实施方案中,圆形板154由金属制成,但是设想到的是,圆形板154可以由其他材料制成。中间盖142还限定突出部156,该突出部156具有孔口以接纳与下面将描述的飞轮112相关联的部件。中间盖142还在其右前拐角附近限定加油颈部158。加油颈部158由油盖(未示出)选择性地封闭。通过加油颈部158所倾倒的油落入到由下部盖140绕唇部146限定的油底壳中。手动启动组件104安装在中间盖142上方。上部盖144紧固在中间盖142的顶部上。手动启动组件104——除了把手102之外——被布置在中间盖142与上部盖146之间。
待被提供至发动机106的空气首先通过整流罩12的进气部分54进入。空气然后穿过限定在上部盖144的后侧上的狭缝160。设想到的是,除了狭缝160之外的中间盖142和/或上部盖144中的开口可以单独地使用、或者与狭缝160组合使用。一旦位于上部盖144内,空气流动通过由中间盖142所限定的管162。由中间盖142所限定的导流板164被布置在狭缝160与管162之间。导流板164创建用于空气的弯曲的路径,从而有助于防止水进入管162。管162延伸穿过限定在下部盖140中的孔口166并且在下部盖140下方延伸,如在图3中可以看到的。管162通过管和空气滤清器(二者都未示出)连接至发动机106的进气管168。进气管168向曲轴箱114内提供空气,然后空气被提供至由气缸121、活塞122和气缸盖117所限定的燃烧室。燃烧室中的空气与燃料混合以用于燃烧。燃烧室中的燃烧过程所产生的废气被供给至排气系统(未示出),该排气系统如上面所阐述的至少部分地容置在下部马达盖48中。
现在转向图5、图6以及图8至图10,将更详细地对磁发电机110与曲轴124的连接进行描述。磁发电机110是产生用于向舷外发动机10的各个部件提供动力的电流的旋转式发电机。设想到的是,磁发电机110还可以用于为位于附接有舷外发动机10的船只中的电池再充电。这些电池可以用于向船只的部件提供动力和/或向舷外发动机10提供动力。还设想到的是,舷外发动机10还可以直接向船只的部件提供动力。设想到的是,可以提供除了磁发电机110之外的旋转式发动机。例如,可以提供交流发电机来代替磁发电机110。
磁发电机110包括定子170和转子172。定子170包括以圆形方式布置并连接至中央环176的若干励磁线圈174(为了清楚起见,仅标记一些励磁线圈)。中央环176紧固至圆形板154。转子172包括环形部分178,该环形部分178通过若干腹板180连接至中央毂182。若干永磁体184(为了清楚起见,仅标记一些永磁体)连接至转子172的环形部分178的内表面,以便径向地定位在环形部分178与励磁线圈174之间。中央毂182如下面将描述地连接至曲轴124,使得转子172与曲轴124一起旋转。由于它们与曲轴124一起旋转并且由于其惯性,因此具有磁体184的转子172形成内燃机组件100的飞轮。转子172绕与曲轴轴线134相对应且延伸穿过曲轴箱114的飞轮轴线(或转子轴线)旋转。由此,在本文中,曲轴轴线134将也被称为飞轮轴线134。如在图8至图10中最佳看到的,定子170布置在被限定于曲轴124与转子172的环形部分178之间的环形腔中,使得转子172至少部分地围绕定子170。齿环186连接至转子172的环形部分178的周缘。随着转子172旋转,安装至中间盖142的发动机速度传感器188对该齿环186的齿形进行感测,以产生被发送至内燃机组件100的控制单元(未示出)的表示发动机速度的信号。
为了将转子172紧固至曲轴124,带凸缘的轴环190围绕中央毂182紧固至转子172。曲轴124的输出轴126的渐缩部分限定键(未示出)。带凸缘的轴环190限定对应的键槽192(图8)。带凸缘的轴环190布置在输出轴126的渐缩部分上,使得键被接纳在键槽192中,从而防止轴环190相对于曲轴124旋转,并且因此防止转子172相对于曲轴124旋转。设想到的是,键和键槽192可以由防止轴环190相对于曲轴124相对旋转的其他装置代替。例如,输出轴126的渐缩部分和轴环190可以带花键,或者可以各自具有相应的平坦表面。垫圈194(图9)在轴环190上方围绕输出轴126布置,并且螺母196在垫圈194上方紧固至输出轴126的螺纹部分,从而将转子172保持在曲轴124上。如在图8中最佳看到的,螺母196的上部部分是筒形的。如在图6中可以看到的,螺母196的该筒形部分被接纳在由圆形板154的下侧所限定的圆形唇部198内,从而用作用于曲轴124的端部的轴颈轴承。
除了由磁发电机110的转子172和磁体184形成的飞轮之外,内燃机组件100还具有另一飞轮112,如前面所提到的。飞轮112由曲轴124经由磁发电机110的转子172和离合器200驱动。离合器200包括离合器转子202、多个离合器垫204以及弹簧206。离合器转子202具有外环208,该外环208通过多个腹板212(为了清楚起见,仅标记一些腹板)安装至中央毂210。中央毂210通过轴承214安装至曲轴124的输出轴126,使得当离合器200未接合时,曲轴124可以相对于离合器转子202旋转。如在图10中可以看到的,离合器转子202的中央毂210和腹板212分别布置在磁发电机110的转子172的中央毂182和腹板180的下方。离合器转子202的外环208被接纳在磁发电机110的转子172的环形部分178中。如在图10中还可以看到的,磁发电机110的定子170和转子172、离合器转子202以及曲轴124绕曲轴轴线134同轴地布置。离合器垫204绕离合器转子202的外环208径向地布置在外环208与磁发电机110的转子172的环形部分178的外壁之间。弹簧206连接在磁发电机110的转子172的环形部分178的外壁的内面与离合器垫204之间,以将离合器垫204偏置抵靠离合器转子202的外环208。每个离合器垫204通过多于一个弹簧206被朝向外环208偏置,但是设想到的是,每个离合器垫204仅可以使用一个弹簧206,或者设想到的是,离合器垫204可以以其他方式被偏置。
当曲轴124使磁发电机110的转子172以低速转动时,弹簧206使离合器垫204偏置抵靠离合器转子202的外环208,并且离合器垫与外环208之间的摩擦导致离合器转子202与磁发电机110的转子172一起旋转。在该构型中,离合器200被认为是接合的。由于曲轴124使磁发电机110的转子172转动得更快,因此离合器垫204径向向外地推靠弹簧206,最终克服弹簧206的偏置力。因此,离合器垫206移动远离离合器转子202的外环208,并且离合器转子202停止被磁发电机110的转子172驱动。离合器转子202由于惯性而继续转动,但是机构内的摩擦将最终导致其停止转动,除非离合器200再次接合。当离合器垫204移动远离离合器转子202的外环208时,离合器200被认为是断开接合的。曲轴124的与发动机速度相对应的转速——处于并且低于离合器200接合的速度——在本文中被认为是离合器接合速度。在一个实施方案中,离合器接合速度是介于2000转每分钟与2500转每分钟之间的速度,但是设想到其他接合速度。设想到的是,可以使用其他类型的离合器代替上面所描述的离合器200。
齿圈220在其基部处连接至离合器转子202的外周,以便与离合器转子202一起旋转。齿圈220接合齿轮222,该齿轮222连接至如下面将描述的飞轮112且与该飞轮112同轴。当发动机106正在以等于或低于离合器接合速度的速度运行使得离合器200接合时,曲轴124驱动磁发电机110的转子172,该磁发电机110的转子172驱动离合器转子172并且因此驱动齿圈220,并且齿圈220驱动齿轮222,该齿轮222驱动飞轮112。齿轮222和飞轮112沿与曲轴124、磁发电机110的转子172、离合器转子172以及齿圈220旋转的方向相反的方向旋转。如可以看到的,齿圈220具有比齿轮222更大的直径和更多的齿。因此,齿轮220与齿轮222的齿轮比小于一。该齿轮比对应于齿轮222的齿数除以齿圈220的齿数。由于该齿轮比,齿轮222比齿圈220旋转得更快。因此,当发动机106正在运行并且离合器200接合时,飞轮112比由磁发电机110的转子172和磁体184形成的飞轮旋转得更快。在本实施方案中,齿轮比为1:3,并且因此,当发动机106正在运行并且离合器200接合时,飞轮112的旋转速度是由磁发电机110的转子172和磁体184形成的飞轮的旋转速度的三倍。设想到其他齿轮比。当发动机的速度超过离合器接合速度并且离合器200断开接合时,飞轮112因惯性而继续转动,但是机构内的摩擦将最终导致其停止转动,除非离合器200再次接合。设想到的是,齿轮220、222可以由其他驱动机构——比如但不限于带和带轮或者链和链轮组件——代替。在替代性实施方案中,设想到的是,离合器200可以被省掉,并且齿圈220可以安装至磁发电机110的转子172,使得飞轮112一直由曲轴124经由转子172驱动。
如在图6、图9和图10中可以看到的,齿轮222螺纹连接在带凸缘的轴环224上。飞轮112绕带凸缘的轴环224布置并且置于带凸缘的轴环224的凸缘上。飞轮112紧固至带凸缘的轴环224的凸缘。如可以看到的,飞轮112是布置在带凸缘的轴环224的凸缘与齿轮222之间的盘。在带凸缘的轴环224内布置有中空轴226(图6)。中空轴226通过径向地布置在中空轴226与带凸缘的轴环224之间的单向轴承228、比如超越离合器而连接至带凸缘的轴环224。中空轴226通过单向轴承(图6)以可旋转的方式连接至轴150,使得轴226、单向轴承228、轴环224、齿轮222以及飞轮112可以相对于轴150绕轴线151旋转。由于飞轮112绕轴线151旋转,因此在本文中,轴线151也将被称为飞轮轴线151。飞轮轴线151平行于飞轮轴线134且从飞轮轴线134偏移,如在图10中可以看到的。飞轮轴线151定位成延伸穿过气缸体116。在本实施方案中,飞轮轴线151在下述位置处沿对应于气缸轴线136的方向延伸穿过气缸体116,该位置在活塞122的上止点位置处的活塞122面向气缸盖的一侧与活塞122的下止点位置处的活塞122面向气缸盖的一侧之间。在一个实施方案中,飞轮轴线151在下述位置处延伸,该位置在活塞122的上止点位置与下止点位置之间的中间。在本实施方案中,飞轮轴线151与气缸轴线136相交。如可以看到的,飞轮112的布置在飞轮轴线151与134之间的部分布置在磁发电机110和离合器200下方。因此,飞轮112的该部分被布置在磁发电机110的转子172和曲轴箱114以及发动机106的气缸体116之间。
飞轮112比磁发电机110的转子172更薄并且半径更大,如上面所描述,磁发电机110的转子172也形成飞轮。飞轮112也比由磁发电机110的转子172和磁体184形成的飞轮具有更小的质量。由于其质量和形状,在本实施方案中,飞轮112的转动惯量小于由磁发电机110的转子172和磁体184形成的飞轮的转动惯量。
参照图6和图7,将对手动启动组件104进行更详细地描述。手动启动组件104包括把手102、绳索240、绳索卷轴242以及单向轴承228。这些形成通常被称为的绳索启动系统。当未正在拉动把手102以使发动机106启动时,把手102的端部置于连接至中间盖142的管244的喇叭形端部内侧。绳索240的打结端部布置在室246(图6)内且穿过通道248(图6)以便将绳索240连接至把手102,其中,室246和通道248两者都限定在把手102中。绳索240从把手102穿过管244并且绕绳索卷轴242卷绕。绳索102的端部牢固地紧固至绳索卷轴242。绳索卷轴242通过单向轴承228操作性地连接至轴226。设想到的是,可以使用其他类型的手动启动组件104。还设想到的是,手动启动组件104可以由自动启动组件代替。例如,自动启动组件可以包括电起动器式马达。
为了使用手动启动组件104来启动发动机106,舷外发动机10的使用者拉动把手102,这导致绳索240从绳索卷轴242上退绕,从而使绳索卷轴242转动。单向轴承228接合轴226,从而导致绳索卷轴242使飞轮112转动。由于离合器200是接合的,因此飞轮112的旋转经由齿轮222、220和离合器200使磁发电机110的转子172转动。磁发电机110的转子172的旋转导致曲轴124的旋转,这导致了活塞122在气缸121内的移位。在燃烧室内所产生的压缩应允许第一燃烧事件发生,从而启动发动机106。当使用者释放把手102时,弹簧机构(未示出)使绳索卷轴242转动,以便将绳索240绕绳索卷轴242卷绕,并且使把手102返回至附图中所示出的位置。一旦发动机106正在运行并且当飞轮112正在转动时,单向轴承228防止轴226驱动绳索卷轴242。
当离合器200接合时,绕轴线151和轴线134旋转的组合旋转质量有助于以与单个较大和/或较重的飞轮相同的方式使发动机106的燃烧循环期间所产生的冲击更平滑,尽管考虑到特别地飞轮112和磁发电机110这两组质量的叠加布置,这有利地在更小的占用面积内进行。此外,图示出的实施方式的组合系统的总质量可以小于传统的单个飞轮的质量,因为齿轮220与齿轮222的齿轮比导致飞轮112比与曲轴124一起旋转的质量旋转得更快。由此,相比于飞轮112正在以与曲轴124的速度相同的速度旋转的情况,飞轮112的惯性作用更大。此外,在齿轮220与齿轮222之间的接触点处的反作用力通过飞轮轴线151产生力,该力创建与由气缸侧壁的力所创建的力偶相反的力偶,从而减小发动机106的NVH。因此,由于所产生的力偶部分地依赖于由飞轮轴线151的位置所产生的力臂,为了更有效地减小发动机106的NVH,根据气缸121的几何形状、活塞122的几何形状、曲轴124的几何形状以及连杆的几何形状并且根据发动机106的运行参数来确定飞轮轴线151的精确位置,因为这些决定了气缸壁的力。
在本实施方案中,选定齿轮220和齿轮222的大小、形状、尺寸以及齿轮比使得飞轮112和内燃机组件100的沿与飞轮112相同的方向转动的部件的角动能大致等于内燃机组件100的沿相反方向转动的部件的角动能。在本文中,大于或小于10%的差异被认为是对应于大致相等的动能。在一个实施方案中,动能在各自的5%的范围内。如通过内燃机组件100的上述描述将理解的,沿与飞轮112相同的方向转动的部件包括但不限于齿轮222、轴环224、单向轴承228以及轴226,并且沿与飞轮112相反的方向转动的部件包括但不限于曲轴124、转子172、永磁体184、齿环186、轴环190以及齿圈220。设想到的是,可以选定齿轮220和齿轮222的大小、形状、尺寸以及齿轮比使得飞轮112和整个舷外发动机10的沿与飞轮112相同的方向转动的部件的角动能大致等于整个舷外发动机10的沿相反方向转动的部件、比如但不限于传动轴26的角动能。
根据本技术的一些非限制性实施方案所实施的内燃机组件100可以如以下编号的条款所表示的来呈现。
条款1:一种内燃机组件,包括:曲轴箱;气缸体,该气缸体连接至曲轴箱,气缸体限定至少一个气缸;至少一个活塞,所述至少一个活塞布置在至少一个气缸中;曲轴,该曲轴至少部分地布置在曲轴箱中并且该曲轴操作性地连接至至少一个活塞,曲轴绕曲轴轴线沿第一方向旋转;飞轮,该飞轮操作性地连接至曲轴且被曲轴驱动,飞轮绕飞轮轴线沿与第一方向相反的第二方向旋转;以及离合器,该离合器选择性地将曲轴操作性地连接至飞轮。
条款2:根据条款1的内燃机组件,其中,飞轮布置在曲轴箱和气缸体的外部。
条款3:根据条款1或2的内燃机组件,其中,当曲轴旋转成超过离合器接合速度时,离合器将飞轮与曲轴断开连接。
条款4:根据条款1至3中的任一项的内燃机组件,其中,离合器与曲轴同轴并且离合器沿第一方向旋转。
条款5:根据条款1至4中的任一项的内燃机组件,还包括:第一齿轮,该第一齿轮连接至离合器;以及第二齿轮,该第二齿轮连接至飞轮且与飞轮同轴,第二齿轮接合第一齿轮。
条款6:根据条款1至5中的任一项的内燃机组件,还包括操作性地连接至飞轮的手动启动组件。
条款7:根据条款6的内燃机组件,其中,手动启动组件包括:绳索卷轴,该绳索卷轴连接至飞轮且与飞轮同轴;绳索,该绳索至少部分地绕绳索卷轴卷绕;以及把手,该把手连接至绳索,绳索卷轴、绳索和把手形成发动机组件的绳索启动系统的至少一部分。
条款8:根据条款1至7中的任一项的内燃机组件,其中,飞轮轴线平行于曲轴轴线并从曲轴轴线偏移。
条款9:根据条款1至8中的任一项的内燃机组件,其中,至少一个气缸是单个气缸,并且至少一个活塞是单个活塞。
条款10:根据条款1的内燃机组件,其中,飞轮是第二飞轮,并且飞轮轴线是第二飞轮轴线,内燃机组件还包括第一飞轮,该第一飞轮操作性地连接至曲轴且被曲轴驱动,第一飞轮绕第一飞轮轴线沿第一方向旋转,并且其中,第二飞轮操作性地连接至第一飞轮且被第一飞轮驱动。
条款11:根据条款10的内燃机组件,其中,第一飞轮和第二飞轮在曲轴箱和气缸体的同一侧布置在曲轴箱和气缸体的外部。
条款12:根据条款11的内燃机组件,其中,第二飞轮的至少一部分布置在第一飞轮与曲轴箱和气缸体中的至少一者之间。
条款13:根据条款11或12的内燃机组件,其中,离合器选择性地将第一飞轮操作性地连接至第二飞轮。
条款14:根据条款13的内燃机组件,其中,当曲轴旋转成超过离合器接合速度时,离合器将第一飞轮与第二飞轮断开连接。
条款15:根据条款13或14的内燃机组件,其中,离合器与曲轴和第一飞轮同轴,并且离合器沿第一方向旋转。
条款16:根据条款13至15中的任一项的内燃机组件,还包括:第一齿轮,该第一齿轮连接至离合器;以及第二齿轮,该第二齿轮连接至第二飞轮且与第二飞轮同轴,第二齿轮接合第一齿轮。
条款17:根据条款16的内燃机组件,其中,第一齿轮与第二齿轮的齿轮比小于一,该齿轮比对应于第二齿轮的齿数除以第一齿轮的齿数。
条款18:根据条款17的内燃机组件,其中,齿轮比为1:3。
条款19:根据条款13至18中的任一项的内燃机组件,还包括操作性地连接至第二飞轮的手动启动组件。
条款20:根据条款19的内燃机组件,其中,手动启动组件包括:绳索卷轴,该绳索卷轴连接至第二飞轮且与第二飞轮同轴;绳索,该绳索至少部分地绕绳索卷轴卷绕;以及把手,该把手连接至绳索,绳索卷轴、绳索和把手形成发动机组件的绳索启动系统的至少一部分。
条款21:根据条款10至20中的任一项的内燃机组件,其中,第二飞轮轴线平行于第一飞轮轴线并从第一飞轮轴线偏移。
条款22:根据条款21的内燃机组件,其中,曲轴轴线和第一飞轮轴线是同轴的。
条款23:根据条款10至22中的任一项的内燃机组件,其中,第一飞轮轴线延伸穿过曲轴箱并且第二飞轮轴线延伸穿过气缸体。
条款24:根据条款10至23中的任一项的内燃机组件,还包括旋转式发电机,该旋转式发电机操作性地连接至曲轴,旋转式发电机包括定子和相对于定子旋转的转子,并且其中,第一飞轮包括该转子。
条款25:根据条款24的内燃机组件,转子至少部分地围绕定子。
条款26:根据条款10至25中的任一项的内燃机组件,其中,第二飞轮比第一飞轮旋转得更快。
条款27:根据条款26的内燃机组件,其中,第二飞轮的旋转速度是第一飞轮的旋转速度的三倍。
条款28:根据条款10至27中的任一项的内燃机组件,其中,第二飞轮的半径大于第一飞轮的半径。
条款29:根据条款10至28中的任一项的内燃机组件,其中,第二飞轮的质量小于第一飞轮的质量。
条款30:根据条款10至29中的任一项的内燃机组件,其中,第二飞轮的转动惯量小于第一飞轮的转动惯量。
条款31:根据条款10至30中的任一项的内燃机组件,其中,当第一飞轮和第二飞轮正在旋转时,发动机组件的沿第二方向转动的部件的角动能大致等于发动机组件的沿第一方向转动的部件的角动能;发动机组件的沿第一方向转动的部件至少包括曲轴和第一飞轮;并且发动机组件的沿第二方向转动的部件至少包括第二飞轮。
条款32:一种船用舷外发动机,包括:整流罩;根据条款1至31中的任一项的内燃机组件,该内燃机组件至少部分地布置在整流罩中;传动轴,该传动轴操作性地连接至曲轴且被曲轴驱动;螺旋桨轴,该螺旋桨轴操作性地连接至传动轴且被传动轴驱动;以及螺旋桨,该螺旋桨连接至螺旋桨轴且被螺旋桨轴驱动。
对于本领域的技术人员而言,本技术的上述实施方案的修改和改进可能变得明显。前述描述意在是示例性的而非限制性的。因此,本技术的范围旨在仅受到所附权利要求的范围的限制。
Claims (22)
1.一种内燃机组件,包括:
曲轴箱;
气缸体,所述气缸体连接至所述曲轴箱,所述气缸体限定至少一个气缸;
至少一个活塞,所述至少一个活塞布置在所述至少一个气缸中;
曲轴,所述曲轴至少部分地布置在所述曲轴箱中并且所述曲轴操作性地连接至所述至少一个活塞,所述曲轴绕曲轴轴线沿第一方向旋转;
第一飞轮,所述第一飞轮操作性地连接至所述曲轴且被所述曲轴驱动,所述第一飞轮绕第一飞轮轴线沿所述第一方向旋转;
第二飞轮,所述第二飞轮操作性地连接至所述第一飞轮且被所述第一飞轮驱动,所述第二飞轮绕第二飞轮轴线沿与所述第一方向相反的第二方向旋转,
所述第一飞轮轴线延伸穿过所述曲轴箱并且所述第二飞轮轴线延伸穿过所述气缸体;
离合器,所述离合器选择性地将所述曲轴操作性地连接至所述第二飞轮;
第一齿轮,所述第一齿轮连接至所述离合器;以及
第二齿轮,所述第二齿轮连接至所述第二飞轮且与所述第二飞轮同轴,所述第二齿轮接合所述第一齿轮。
2.根据权利要求1所述的内燃机组件,其中,
所述至少一个气缸是单个气缸;并且
所述至少一个活塞是单个活塞。
3.根据权利要求1所述的内燃机组件,其中,所述第一飞轮和所述第二飞轮在所述曲轴箱和所述气缸体的同一侧布置在所述曲轴箱和所述气缸体的外部。
4.根据权利要求3所述的内燃机组件,其中,所述第二飞轮的至少一部分布置在所述第一飞轮与所述曲轴箱和所述气缸体中的至少一者之间。
5.根据权利要求3所述的内燃机组件,其中,所述离合器选择性地将所述第一飞轮操作性地连接至所述第二飞轮。
6.根据权利要求5所述的内燃机组件,其中,当所述曲轴旋转成超过离合器接合速度时,所述离合器将所述第一飞轮与所述第二飞轮断开连接。
7.根据权利要求5所述的内燃机组件,其中,所述离合器与所述曲轴和所述第一飞轮同轴,并且所述离合器沿所述第一方向旋转。
8.根据权利要求1所述的内燃机组件,其中,所述第一齿轮和所述第二齿轮的齿轮比小于一,所述齿轮比对应于所述第二齿轮的齿数除以所述第一齿轮的齿数。
9.根据权利要求8所述的内燃机组件,其中,所述齿轮比为1:3。
10.根据权利要求5所述的内燃机组件,还包括操作性地连接至所述第二飞轮的手动启动组件。
11.根据权利要求10所述的内燃机组件,其中,所述手动启动组件包括:
绳索卷轴,所述绳索卷轴连接至所述第二飞轮且与所述第二飞轮同轴;
绳索,所述绳索至少部分地绕所述绳索卷轴卷绕;以及
把手,所述把手连接至所述绳索,
所述绳索卷轴、所述绳索和所述把手形成发动机组件的绳索启动系统的至少一部分。
12.根据权利要求1所述的内燃机组件,其中,所述第二飞轮轴线平行于所述第一飞轮轴线并从所述第一飞轮轴线偏移。
13.根据权利要求12所述的内燃机组件,其中,所述曲轴轴线和所述第一飞轮轴线是同轴的。
14.根据权利要求1所述的内燃机组件,还包括旋转式发电机,所述旋转式发电机操作性地连接至所述曲轴,所述旋转式发电机包括定子和相对于所述定子旋转的转子,并且
其中,所述第一飞轮包括所述转子。
15.根据权利要求14所述的内燃机组件,其中,所述转子至少部分地围绕所述定子。
16.根据权利要求1所述的内燃机组件,其中,所述第二飞轮比所述第一飞轮旋转得更快。
17.根据权利要求16所述的内燃机组件,其中,所述第二飞轮的旋转速度是所述第一飞轮的旋转速度的三倍。
18.根据权利要求1所述的内燃机组件,其中,所述第二飞轮的半径大于所述第一飞轮的半径。
19.根据权利要求1所述的内燃机组件,其中,所述第二飞轮的质量小于所述第一飞轮的质量。
20.根据权利要求1所述的内燃机组件,其中,所述第二飞轮的转动惯量小于所述第一飞轮的转动惯量。
21.根据权利要求1所述的内燃机组件,其中,
当所述第一飞轮和所述第二飞轮正在旋转时,发动机组件的沿所述第二方向转动的部件的角动能等于所述发动机组件的沿所述第一方向转动的部件的角动能;
所述发动机组件的沿所述第一方向转动的部件至少包括所述曲轴和所述第一飞轮;并且
所述发动机组件的沿所述第二方向转动的部件至少包括所述第二飞轮。
22.一种船用舷外发动机,包括:
整流罩;
根据权利要求1至21中的任一项所述的内燃机组件,所述内燃机组件至少部分地布置在所述整流罩中;
传动轴,所述传动轴操作性地连接至所述曲轴且被所述曲轴驱动;
螺旋桨轴,所述螺旋桨轴操作性地连接至所述传动轴且被所述传动轴驱动;以及
螺旋桨,所述螺旋桨连接至所述螺旋桨轴且被所述螺旋桨轴驱动。
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