一种曲轴偏置的发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机制作技术领域，尤其涉及一种曲轴偏置的发动机。


背景技术：

2.众所周知，发动机是移动机械动力的源头，随着移动机械（道路移动机械和非道路移动机械）行业的发展对移动机械应用需求的提高，发动机的设计也相应地向着大功率、小体积、轻质量、低排放和更经济的方向发展。为了设计出功率更大、体积更小、质量更轻、燃油经济性更好的发动机，对发动机缸体、曲轴、连杆、活塞等作为发动机将燃料的化学能转化为机械能的关键零部件进行优化设计成为必不可少的工作。
3.传统发动机曲轴中心线与所有气缸的中心线（本文所述发动机的多个气缸平行设置呈一排分布）共面，这种设计使得发动机的结构简单，加工方便。但同时也带来了其他缺点：使活塞在工作过程中承受极大的侧向力，这个侧向力不仅增大了活塞裙部与气缸内壁之间的摩擦力，使摩擦功增大，同时也增大了活塞裙部与气缸内壁的磨损，从而最终导致零部件可靠性降低的同时，也降低了发动机的燃油经济性。
4.现有技术中，申请号为cn201711188360.9的中国发明专利公开的技术方案中采用了一种曲轴的主轴承孔的中心线相对于气缸的中心线正偏置，活塞销孔轴线相对于气缸的中心线负偏置的结构。该发明专利采用活塞销孔相对于气缸中心负偏置的设计，虽然缓解了活塞在工作过程中承受的侧向力，但是却增大了活塞与缸套的敲击噪声。因此影响到推广使用。
5.另外现有技术中的连杆结构，在加大连杆轴颈的情况下极其容易在拆装过程中划伤气缸壁，因此难以满足大功率发动机需要加大曲轴连杆轴径来实现提高曲轴强度的要求。同时现有技术中的曲轴结构使得整个曲轴重量大，体积大，不利于发动机整体体积更小、质量更轻的设计要求。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种曲轴偏置的发动机。
7.本实用新型为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种曲轴偏置的发动机，包括发动机缸体、活塞、连杆和曲轴，发动机缸体中设置有多个气缸，多个气缸的中心线相互平行且均在同一个平面，所述活塞的个数与气缸的个数相一致，每个气缸中设置一个活塞，曲轴设置在发动机缸体的主轴孔中，每个活塞与曲轴之间均设有一根连杆，连杆的小端通过活塞销与活塞连接，活塞销设置在活塞的活塞销孔中，连杆的大端与曲轴的连杆轴颈相连接，曲轴中心线与活塞销中心线均相对于发动机气缸中心线所在平面正向偏置。
8.优选地，所述曲轴中心线相对于发动机气缸中心线所在平面正向偏置的偏置量为5～15mm，活塞销中心线相对于发动机气缸中心线所在平面正向偏置的偏置量为0.5～1mm。
9.进一步地，发动机缸体中的气缸为四个或六个，当气缸为四个时，所述的曲轴对应具有四个连杆轴颈，当气缸为六个时，所述的曲轴对应具有六个连杆轴颈；在曲轴上位于两
端的连杆轴颈靠近曲轴相应端部的一端以及位于中间的两个连杆轴颈相邻的一端分别设有一块平衡重，即整根曲轴共设有四块平衡重。
10.进一步地，所述连杆的大端为斜切的剖分结构，切口线到连杆中心线之间的夹角为38
‑
60
°
。
11.有益效果：
12.根据本实用新型，通过曲轴和活塞销相对气缸中心线所在平面正向偏置的设计，不仅降低了发动机的工作噪声，而且降低了活塞裙部与气缸壁之间的摩擦和磨损，提高了发动机的工作可靠性，延长了活塞和气缸的使用寿命，同时降低了能耗，可有效增加发动机的输出功率，提升了发动机的燃油经济性；
13.进一步地，发动机曲轴采用较少的平衡块，有利于实现发动机的体积小型化和轻质化，也可进一步降低能耗，提高发动机的燃油经济性；另外连杆大端斜切的剖分结构可避免在拆装过程中划伤气缸壁，更加有利于大功率发动机的设计。
14.下面结合实施例附图和具体实施例对本实用新型做进一步具体详细的说明。
附图说明
15.图1为本实用新型的剖视结构示意图。
16.图2为图1中ⅰ处详细视图。
17.图3为图1中ⅱ处详细视图。
18.图4为本实用新型中曲轴在缸体主轴承孔处的连接示意图。
19.图5为本实用新型中曲轴的一种实施例示意图。
20.图6为本实用新型中曲轴的第二种实施例示意图。
21.图7为本实用新型中连杆结构示意图。
22.图8为本实用新型在活塞下行过程中的简化力学模型。
23.图9为本实用新型中，曲轴位于不同偏置量下侧向力与发动机转速的关系曲线图。
24.图中，1、发动机缸体，2、活塞，3、活塞销，4、连杆，5、曲轴， 6、气缸中心线，7、活塞销中心线，8、曲轴中心线，9、轴承盖，10、高强螺栓， 11、连杆中心线，12、气缸壁。
具体实施方式
25.如图1
‑
7所示，一种曲轴偏置的发动机，包括发动机缸体1、活塞2、 连杆4和曲轴5，发动机缸体1中设置有多个气缸，多个气缸的中心线（简称为气缸中心线）6相互平行且均在同一个平面，所述活塞2的个数与气缸的个数相一致，每个气缸中设置一个活塞，曲轴5设置在发动机缸体的主轴承孔中，每个活塞2与曲轴5之间均设有一根连杆4，连杆4的小端通过活塞销3与活塞2连接，活塞销3设置在活塞2的活塞销孔中，连杆4的大端与曲轴5的连杆轴颈相连接，曲轴中心线8与活塞销中心线7均相对于发动机气缸中心线6所在平面正向偏置。
26.曲轴中心线8相对于发动机气缸中心线6所在平面的正向偏置通过将设在发动机缸体上主轴承孔进行偏置的方式实现。如图4所示，曲轴5支撑在偏置的主轴承孔内，轴承盖9通过高强螺栓10与发动机缸体1固定连接。
27.本技术所述正向偏置，指的是从发动机的后端看，曲轴中心线8与活塞销中心线7均相对于发动机气缸中心线6所在平面向右侧偏置。发动机的后端指的是发动机设置飞轮
的一端。
28.活塞销中心线7相对于发动机气缸中心线6所在平面的正向偏置通过活塞销孔的偏置来实现。优选活塞销中心线7相对于发动机气缸中心线6所在平面的正向偏置量b为0.5～1mm ，也就是，使活塞销孔中心线相对于气缸中心线所在平面向右的偏置量为0.5～1mm，活塞销的正向偏置可有效降低活塞裙部的磨损以及发动机在工作过程中的敲击噪声。
29.如图8所示，当活塞2处于压缩行程结束位置附近时（上止点附近）和做功冲程时，活塞2头部承受着不小于15mpa 的气体压力f，巨大的气体压力f沿活塞头部垂直方向向下，由于连杆4的摆动，气体压力f产生了沿连杆中心线方向的分力f2和垂直气缸壁12的分力f1，沿连杆方向的分力f2驱动了曲轴5的转动，从而对外输出功率；垂直气缸壁12的分力f1的反作用力使活塞裙部承受了巨大的摩擦力，这个摩擦力使功耗增大。本实用新型采用曲轴正向偏置与活塞销正向偏置相结合，极大的降低了活塞2在压缩行程结束和做功冲程时承受的来自气缸的侧向力，极大的减少了摩擦功。
30.由图9可知：在非道路用发动机常用工作转速区间（n=800rpm～2200rpm）内，曲轴中心线相对于气缸中心线所在平面的不同偏置量对垂直气缸壁12的分力f1的影响在发动机转速n较高（n>1400rpm）时趋向于一致，然而随着转速的降低，曲轴偏置量5～15mm对垂直气缸壁12的分力f1的降低效果便凸显出来，并且偏置量大于15mm时与偏置量为15mm的效果基本一致，因此，曲轴偏置量为5～15mm是最优的选择。当曲轴偏置量a为5～15mm时，通过有效降低活塞2在工作过程施加给气缸的侧向力，即垂直气缸壁12的分力f1，从而可减少活塞与气缸壁之间的摩擦，降低对活塞以及气缸的磨损，磨损降低程度最大可达 10%。
31.所述曲轴中心线8相对于发动机气缸中心线所在平面正向偏置的距离为5～15mm，活塞销中心线相对于发动机气缸中心线所在平面正向偏置的距离为0.5～1mm。
32.如图5所示，在本实用新型的第一种实施例中，发动机缸体中的气缸为四个，曲轴对应具有四个连杆轴颈，连杆轴颈从曲轴的左端到右端依次为第一连杆轴颈501、第二连杆轴颈502、第三连杆轴颈503和第四连杆轴颈504。为了减轻发动机的重量，缩小发动机的体积，本实施例中，所述的曲轴一共设有四块平衡块505，四块平衡块505对应设置在第一连杆轴颈501靠近曲轴相应端部的一端、第二、第三连杆轴颈相邻的一端以及第四连杆轴颈504靠近曲轴相应端部的一端。
33.在第二种实施例中，如图6所示，发动机缸体中的气缸为六个，连杆轴颈从曲轴的左端到右端依次为第一连杆轴颈501’、第二连杆轴颈502’、第三连杆轴颈503’、第四连杆轴颈504’、第五连杆轴颈506’和 第六连杆轴颈507’，在这个实施例中，曲轴上设置的平衡块505’也为四块，对应设在第一连杆轴颈501’靠近曲轴左端的一端、第六连杆轴颈507’靠近曲轴右端的一端、第三连杆轴颈503’的右端以及第四连杆轴颈504’的左端。
34.也就是说，对于四缸发动机或者六缸发动机，对应曲轴上的平衡块均为四块，对应设置在位于两端的连杆轴颈靠近相应端部的一端以及中间两个连杆轴颈相邻的一端。
35.与传统的八平衡块结构相比，采用四平衡块结构可有效降低发动机整机的重量；同时，本实用新型中，所述曲轴5所有轴颈和圆角采用淬火的强化方式， 提高曲轴本体材料疲劳强度到1.5倍以上，且成本较低，工艺性好；淬火处理后，曲轴轴颈的耐磨性也可得以提高。
36.为了满足大功率发动机需要通过加大曲轴连杆轴径来实现提高曲轴强度的要求，
本技术优选采用连杆的大端为斜切的剖分结构，从而可以使连杆轻松通过气缸，并能保证连杆大端与气缸内壁有相对较大的间隙，从而可避免在拆装连杆的过程中连杆大端划伤气缸壁的问题产生。
37.连杆大端斜切的剖分结构中，切口线c（ 也称作涨断线）到连杆中心线11之间的夹角α为38
‑
60
°
。
38.需要说明的是，上述实施例仅用来说明本实用新型，但本实用新型并不局限于上述实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型的保护范围内。