具有平衡机构的直列式活塞发动机、航空发动机和飞行器的制作方法

本公开的各实施例涉及航空发动机领域，更具体地涉及具有平衡机构的直列式活塞发动机、航空发动机以及飞行器。

背景技术：

与对置式活塞发动机相比，直列式活塞发动机具有自重小、功重比(即每单位自重的功率)大的特点，因此，多数动力设备采用直列式活塞发动机。但是，对于具有相同功率的对置式活塞发动机和直列式活塞发动机，直列式活塞发动机的各个缸体在曲轴轴向上彼此间隔且设有配重，这会促使直列式活塞发动机的总体长度较大。在用于安置发动机的发动机室空间有限的情况下，所需功率较大的动力设备因此仍采用自重大、功重比较低的对置式活塞发动机。

除了具有总体长度长的不足外，直列式活塞发动机同时还具有振动明显的缺陷。由于传统的小型飞行器(例如无人机、小型飞机等)要求发动机具有较高的功率以及较小的振动，以此满足自身高速飞行、机动性能良好的飞行需求，因此现有的小型飞行器多采用水平对置式活塞发动机。

综上，传统的直列式活塞发动机存在振动明显和外形轮廓大等不足之处。并且，传统的航空发动机以及飞行器因采用水平对置式活塞发动机，因而存在自重大、功重比较低的不足之处。

技术实现要素：

本公开提出了一种直列式活塞发动机，其能够显著减少震动。本公开提出了一种航空发动机以及飞行器，能够克服自重大、功重比较低的不足之处。

根据本公开的第一方面，其提供了一种直列式活塞发动机，包括曲柄连杆机构和平衡机构。其中曲柄连杆机构包括曲轴、与曲轴动力连接的活塞以及设置在曲轴上的第一驱动齿轮。平衡机构与第一驱动齿轮动力连接，并且平衡机构包括分别设置在第一驱动齿轮的不同侧的至少两个平衡配重，被设置在不同侧的平衡配重被配置成能够沿相反的方向转动。

根据本公开的第二方面，还提供了一种航空发动机，该航空发动机至少包括曲柄连杆机构和平衡机构。其中曲柄连杆机构包括曲轴、与曲轴动力连接的活塞以及设置在曲轴上的第一驱动齿轮。平衡机构与第一驱动齿轮动力连接，并且平衡机构包括分别设置在曲轴的不同侧的至少两个平衡配重，被设置在不同侧的平衡配重被配置成能够沿相反的方向转动。

根据本公开的第三方面，还提供了一种飞行器，该飞行器包括直列式活塞发动机，该直列式活塞发动机包括曲柄连杆机构和平衡机构。其中曲柄连杆机构包括曲轴、与曲轴动力连接的活塞以及设置在曲轴上的第一驱动齿轮。平衡机构与第一驱动齿轮动力连接，并且平衡机构包括分别设置在曲轴的不同侧的至少两个平衡配重，被设置在不同侧的平衡配重被配置成能够沿相反的方向转动。

在一些实施例中，直列式活塞发动机还包括第二驱动齿轮，第二驱动齿轮被固定在曲轴上并且被用于驱动飞行器的螺旋桨。

在一些实施例中，被设置在不同侧的平衡配重位于曲轴的轴向中心面。

在一些实施例中，不同侧的平衡配重被配置成具有相同转速，并且平衡配重的转速为曲轴的转速的整数倍，优选地为2倍。

在一些实施例中，被设置在不同侧的平衡配重的重心被布置成在竖直方向上位于相同高度。

在一些实施例中，平衡机构包括：

位于曲轴一侧的第一平衡组件，第一平衡组件包括与第一驱动齿轮啮合的惰轮、与惰轮动力连接的第一平衡齿轮、以及与第一平衡齿轮同轴的第一平衡配重；以及位于曲轴另一侧的第二平衡组件，第二平衡组件包括与第一驱动齿轮啮合的第二平衡齿轮、以及与第二平衡齿轮同轴的第二平衡配重，至少两个平衡配重包括第一平衡配重和第二平衡配重。

在一些实施例中，惰轮包括惰轮轴以及固定在惰轮轴上的第一惰轮和第二惰轮，第一惰轮和第一驱动齿轮啮合，第二惰轮和第一平衡齿轮啮合。

在一些实施例中，其中曲柄连杆机构包括多个活塞，至少两个平衡配重中的每个平衡配重的重心被配置为在重心的运动轨迹上具有最高位置，并且当多个活塞中的至少一个活塞位于上止点时，每个平衡配重的重心位于最高位置。

在一些实施例中，其中每个平衡配重的重心在在重心的运动轨迹上具有最低位置，并且当多个活塞中的至少一个活塞位于下止点时，每个平衡配重的重心位于最低位置。

在一些实施例中，其中至少一个平衡配重的竖向移动趋势和邻近曲轴的轴向中心的中心活塞的竖向移动趋势匹配，使得至少一个平衡配重的重心位于最高位置时，中心活塞位于上止点或下止点。

在一些实施例中，其中直列式活塞发动机为四缸直列式活塞发动机。

在一些实施例中，其中不同侧的平衡配重的中心轴线位于曲轴的中心轴线的下方。

还应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开实施例的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的直列式活塞发动机的总体示意图。

图2示出了根据本公开的实施例的直列式活塞发动机的曲柄连杆机构和活塞、平衡机构的立体图。

图3示出了图2的俯视图。

图4示出了图2的左视图。

图5示出了根据本公开的实施例的处于0°曲轴转角的发动机的侧视图，其中视图方向与图4相同。

图6示出了根据本公开的实施例的处于45°曲轴转角的发动机的侧视图，其中视图方向与图4相同。

图7示出了根据本公开的实施例的处于90°曲轴转角的发动机的侧视图，其中视图方向与图4相同。

图8示出了根据本公开的实施例的处于135°曲轴转角的发动机的侧视图，其中视图方向与图4相同。

图9示出了根据本公开的实施例的处于180°曲轴转角的发动机的侧视图，其中视图方向与图4相同。

图10示出了根据本公开的实施例的处于225°曲轴转角的发动机的侧视图，其中视图方向与图4相同。

图11示出了根据本公开的实施例的处于270°曲轴转角的发动机的侧视图，其中视图方向与图4相同。

图12示出了根据本公开的实施例的处于315°曲轴转角的发动机的侧视图，其中视图方向与图4相同。

图13示出了根据本公开的实施例的发动机与未设有平衡机构的发动机在上下方向的振动力对比图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

下文所描述的仅仅是根据本公开的优选实施方式，本领域技术人员可以在优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，其他方式同样落入本发明的范围。在以下的具体描述中，例如“上”、“下”、“内”、“外”、“纵”、“横”、“前”、“后”等方向性的术语，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

如前文描述，传统的对置式活塞发动机具有振动小的优点，但同时存在自重大、功重比低的缺陷。在具有相同的有效载重并携带同等油量的情况下，装配了对置式活塞发动机的小型飞行器的飞行航程显然较短。

而传统的直列式活塞发动机具有振动较为明显的缺陷，这使得小型飞行器存在飞行安全隐患。特别地，在外界风力条件不佳的情况下，小型飞行器极易失衡而发生坠落。

对于传统的直列式活塞发动机而言，发动机具有由多个活塞以及与活塞连接的曲轴。各个活塞的上下活动行程具有一定的相位差，当一个活塞在燃油爆燃的作用下而下移带动曲轴旋转运动，该活塞会同步带动未做功的其他活塞上移，而后再通过其他活塞的下移带动曲轴继续旋转并带动该活塞继续上移。由于活塞的上下移动过程中，气缸内压力会急剧变化，活塞在上止点至下至点之间的运动速度变化非常快且不均匀。具体来说，活塞运动至上、下止点位置，速度为零，而在上、下止点之间的中间位置，速度达到最高值。正是由于活塞的这种反复、高速直线运动的作业特点，活塞以及与活塞附接的活塞销和连杆会在运动过程中产生很大的惯性力。此外，在活塞往复运动过程中，各类运动件的惯性力不能彼此中和平衡，这促使发动机产生振动。

根据上述传统的直列式活塞发动机的工作原理，活塞每上、下运动一次将使曲轴至少产生一上一下两次振动，因此，发动机的转速越快，发动机的振动频率越大。对于发动机的振动，通常采用谐波振动来描述。具体而言，活塞式发动机振动类型中，发动机的振动频率和发动机的曲轴的转速相同的振动类型称为一阶振动，振动频率是发动机的曲轴的转速2倍的振动类型称为二阶振动，依次类推，还存在三阶、四阶振动等。对于振动频率越高的振动而言，其振幅越小，因此，三阶以及三阶以上的振动对发动机的影响较小，而一阶振动和二阶振动则是活塞式发动机振动的主要来源。特别地，多缸式发动机的二阶振动更为明显。

为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的示例实施例提出了一种直列式活塞发动机1，其包括曲柄连杆机构2和平衡机构3。其中曲柄连杆机构2包括曲轴21、与曲轴21动力连接的活塞22以及设置在曲轴21上的第一驱动齿轮21d。平衡机构3与第一驱动齿轮21d动力连接，并且平衡机构3包括分别设置在第一驱动齿轮21d的不同侧的至少两个平衡配重313、322，被设置在不同侧的平衡配重被配置成能够沿相反的方向转动。

在上述方案中，在曲轴21上设置了第一驱动齿轮21d，该第一驱动齿轮21d不作为驱动下游动力构件的驱动齿轮；第一驱动齿轮21d的两侧分别设置了能够沿相反方向转动的平衡配重313、322。一方面，两侧的平衡配重由第一驱动齿轮21d动力连接，因此可减轻因活塞22往复运动而造成的振动；另一方面，两侧的平衡配重彼此转动方向相反，因此二者彼此平衡，不会带来附加的振动源。

图1示出了根据本公开的实施例的直列式活塞发动机的总体示意图。如图1所示，直列式活塞发动机1包括作为动力生成部的气缸体4、封闭气缸体4上部的气缸头5、容纳曲轴21的曲轴上箱体6和曲轴下箱体7，以及容纳润滑油等的油底盘8。

在该实施例中，示出的直列式活塞发动机1为四缸直列式活塞发动机1，因此其示出了4个排气口51。此外，一般地，在排气口51的相对侧还设有对应数量的进气口(未示出)。应理解，根据本公开的构思事实上可运用于具有其他数量的多缸式发动机中。图1以及下附说明的其他附图仅用于描述本公开的示意性构思。

为了方便描述，将直列式活塞发动机1的动力输出端方位记为“前”，前后方向对应于发动机1的纵向方向；从直列式活塞发动机1的后端朝前端观测，位于视图方向右方的方位记为“右”，左右方向对应于发动机1的横向方向；竖直朝上的方位记为“上”，上下方向对应于发动机1的高度方向或竖直方向。

继续参见图1，直列式活塞发动机1中的汽缸头5，气缸体4、曲轴上箱体6、曲轴下箱体7、油底盘8由上至下地布置，两两之间可拆装地连接。通过采用上述技术手段，在局部需要维修时，操作人员仅需拆卸对应的外壳体即可。

对于图1所示的直列式活塞发动机1，在使用状态下，4个排气口51通过未示出的排气歧管排出废气。

图2示出了根据本公开的实施例的直列式活塞发动机壳体内部的曲柄连杆机构和活塞、平衡机构的立体图。参见图2所示的位于气缸体4以及曲轴上箱体6、曲轴下箱体7内的各类活动构件。具体地，直列式活塞发动机1具有曲柄连杆机构2和平衡机构3。其中曲柄连杆机构2包括曲轴21、与曲轴21动力连接的活塞22以及设置在曲轴21上的第一驱动齿轮21d。

关于曲轴21，其还可附设第二驱动齿轮21e。第二驱动齿轮21e能够直接或间接驱动未示出的飞行器的螺旋桨，或其他下游动力构件，从而使得发动机1实现输出动力的目的。

作为动力源的动力驱动部件，活塞22通过位于周向外壁面的活塞环与气缸内壁面的配合而滑动设置在气缸体4的各个气缸中。活塞22具有位于下侧的活塞裙部22a，活塞裙部22a的径向相对侧分别设有销孔22b。在使用状态下，相对侧的销孔22b设有活塞销24。活塞连杆23的上端通过衬套套设在活塞销24中，下端通过轴瓦套设在曲轴21的连杆轴颈21b上。

对于活塞连杆23而言，活塞连杆23的一部分位于气缸中，另一部分则伸入曲轴上箱体6、曲轴下箱体7之中。

曲轴21具有主轴颈21a、连杆轴颈21b和曲柄臂21c。主轴颈21a位于曲轴21的中心轴线上，曲轴上箱体6、曲轴下箱体7支撑。连杆轴颈21b偏离曲轴21的中心轴线且与活塞连杆23连接。曲柄臂21c连接主轴颈21a以及连杆轴颈21b。

在图2所示的四缸直列式活塞发动机1中，以最前端的活塞22记为第一活塞221。曲轴21沿轴向依次设有第一活塞221、第二活塞222、第三活塞223和第四活塞224。其中，紧邻曲轴21轴向中心的第二活塞222、第三活塞223记为中心活塞。在燃油燃烧而产生的高压气体的推动作用下，各个活塞22下移并通过连杆带动曲轴21转动，曲轴21由此对外界输出动力。对于图2所示的四缸直列式活塞发动机1的状态(0°曲轴21转角状态)中，第一活塞221、第四活塞224被设定成同时处于上止点位置，而第二活塞222和第三活塞223被设定成同时处于下至点位置。此时，第二活塞222、第三活塞223恰好在高压气体作用下完成下移动作。而在第一活塞221、第四活塞224所在的气缸体4内，燃油达到燃点开始爆燃而开始推动第一活塞221、第四活塞224。通过第一活塞221至第四活塞224的这种布置，四个活塞22中随时有活塞22受到高压气体的推动作用而带动曲轴21，因此曲轴21得以持续地转动。

应当理解，在设有其他缸数的发动机1中，各活塞22的相位角差值可基于上述4四缸直列式活塞发动机1满足其持续转动的相同机理来适应性设计。在其他实施方式中的发动机1的各活塞22的设定方式在此不再赘述。

下文将结合图2和图4说明曲柄连杆结构和活塞，其中由于图4从直列式活塞发动机1的前端侧示出了曲柄连杆机构2及活塞22的视图，因此图4右侧示出的事实上是发动机1的左侧构件，图4左侧示出的事实上是发动机1的右侧构件。对于本公开的平衡配重313、322，其例如包括均质材料制成的主体部分以及由主体部分径向向外突出的突起部。突起部例如在平衡配重的周向上延伸180度，或其他适合的角度。对于平衡配重313、322而言，其转动中心(中心轴)和重心彼此错开，从而能够在转动过程抵消由曲柄连杆机构产生的偏心力，达到减震的目的。

以下结合图2-4说明根据本公开的平衡机构组成部件，以及平衡机构和曲轴之间的配合关系，其中，图3示出图2的俯视图，其以俯视角度示出了曲柄连杆机构和活塞的关系。平衡机构3由设置在曲轴21左侧的第一平衡组件31以及设置在曲轴21右侧的第二平衡组件32等组成。其中第一平衡组件31包括与第一驱动齿轮21d啮合的惰轮311、与惰轮311动力连接的第一平衡齿轮312、以及与第一平衡齿轮312同轴的第一平衡配重313等。

惰轮311具有惰轮轴311a以及固定在惰轮轴311a上的第一惰轮311b和第二惰轮311c。其中第一惰轮311b和第一驱动齿轮21d啮合，第二惰轮311c和第一平衡齿轮312啮合。

位于曲轴21另一侧的第二平衡组件32由与第一驱动齿轮21d啮合的第二平衡齿轮321，以及与第二平衡齿轮321同轴的第二平衡配重322等组成。第一平衡配重313和第二平衡配重322的转动轴的中心轴线均与曲轴21的中心轴线平行。

优选地，不同侧的第一平衡配重313和第二平衡配重322以曲轴21的中心轴线为中心彼此对称设置，二者具有相同的形状和重量，并以曲轴2倍的转速做相反方向转动。第一平衡配重313和第二平衡配重322可根据发动机1的各阶振动惯性力来计算获得。例如，在一些实施方式中，为了使得本公开的发动机1具有最佳的二阶振动减震作用，第一平衡配重313、第二平衡配重322的重量被设定成使得第一平衡组件31、第二平衡组件32产生的偏心力为曲柄连杆机构2产生的二阶振动惯性力的50％，以便达到完全消除二阶振动的减震效果。

通过在第一平衡组件31中设置惰轮311，第一平衡组件31的第一平衡配重313和第二平衡组件32中的第二平衡配重322因此能够具有相反的转动方向。对于直列式活塞发动机1整体而言，转向相反的两组平衡配重313、322彼此二者彼此平衡，不会带来附加的振动源。

为了在最大程度上实现直列式活塞发动机1中的平衡机构3的减震作用，本公开设置多个方案。例如，参见图4，在一些实施方式中，惰轮311和第一驱动齿轮21d的啮合位置、第二平衡齿轮321和第一驱动齿轮21d的啮合位置被设定成位于第一驱动齿轮21d的径向相对侧。此时，第一平衡组件31的惰轮轴311a的中心轴线、曲轴21的中心轴线以及第二平衡组件32的轴线位于同一平面内。这种将下级传动齿轮分别设置在动力齿轮的径向相对侧的方式可以避免对动力齿轮形成不必要的偏心距，从而利于曲轴21的稳定转动。

参见图3，在一些实施方式中，不同侧的平衡配重313、322被设置在曲轴的轴向中心面oo’上。因此，在直列式活塞发动机1的前后方向上(即曲轴21的轴向方向)，所增添的平衡配重的重心被设定在中心位置，这将利于直列式活塞发动机1的稳定。特别的，在将发动机1用作航空发动机1的情况下，该发动机1可以被方便地设置在飞行器的中间位置，从而利于飞行器的稳定飞行。

此外，参见图4，对于不同侧的平衡配重313、322的重心被布置成在竖直方向上位于相同高度，以此进一步保证不同侧的平衡配重313、322之间的平衡作用，以及对发动机1的稳定作用。对于不同侧的平衡配重313、322，各自的中心轴线优选地被设定在曲轴21的中心轴线之下。对于发动机1而言，第一平衡配重313以及第二平衡配重322此时在发动机1的横向方向上紧邻曲轴21中心，发动机1因此能够具有较小的横向尺寸。进一步地，这种较小尺寸的发动机1更利于避免较大的力矩产生。并且，这种形式的发动机1的重心将位于较低位置处，飞行器的重心将特别方便地设定在低处，使得飞行器具有更好的机动性能。

在一些实施方式中，本公开的第一平衡配重313和第二平衡配重322二者在工作过程被配置成具有相同的转速，并且二者的转速为曲轴21转速的2倍。此时，第一平衡齿轮312和第二平衡齿轮321的直径为第一驱动齿轮21d的一半。应理解，根据本公开，第一平衡配重313和第二平衡配重322的转速设置成为曲轴21转速的2倍针对对发动机1的二阶振动具有特别显著的减轻作用。基于类似的构思，第一平衡配重313和第二平衡配重322的转速还可以设计成曲轴21转速的其它倍数量，例如3倍、4倍，等等。

第一平衡配重313以及第二平衡配重322的转速可通过设定各自所在的平衡组件中的中间齿轮的齿数来设定。可以理解，对于第一平衡配重313而言，其转速由第一平衡组件31的第一平衡齿轮312、第一惰轮311b和第二惰轮311c共同决定；对于第二平衡配重322而言，其转速由第二平衡齿轮321决定。特别地，第一平衡齿轮312、第一惰轮311b、第二惰轮311c以及第二平衡齿轮321被设置成具有相同的齿数，并且上述各齿轮的齿数为第一驱动齿轮21d的齿数的一半。

如图4所示，在一些实施方式中，在左侧的第一平衡组件31中，惰轮311的中心轴和第一平衡齿轮312的中心轴被构造成位于竖直平面上。第一平衡组件31的惰轮311和第一平衡齿轮312因此不会产生偏心距和附加振动源。

如上描述，各平衡配重的中心偏离其中心轴线，因此，平衡配重的重心会在竖向上发生移动，重心的运动轨迹具有最高位置和最低位置。在一些优选实施方式，平衡配重313、322的重心位置及重心移动轨迹根据紧邻曲轴轴向中心的活塞的运动轨迹来设。例如如图1-4所示，当4个活塞22中的第二活塞222、第三活塞223位于上止点时，每个平衡配重的重心被设定成位于其运动轨迹的最高位置或最低位置(具体参见下文描述)；当4个活塞22中的第二活塞222、第三活塞223位于下止点时，每个平衡配重的重心被设定成位于其运动轨迹的最底位置或最高位置(具体参见下文描述)。因此，在曲轴21的转动过程中，每个平衡配重的竖向移动趋势和邻近曲轴21的轴向中心的中心活塞的竖向移动趋势匹配。

在另外一些未示出的实施方式中，每个平衡配重的重心位置及重心移动轨迹还可替换成根据非中心活塞的位置来设定。例如，对于图1-4所示的活塞22，各个平衡配重的重心根据第一活塞221、第四活塞224的位置设定。具体地，当4个活塞22中的第一活塞221、第四活塞224位于上止点时，每个平衡配重的重心被设定成位于其运动轨迹的最高位置；当4个活塞22中的第一活塞221、第四活塞224位于下止点时，每个平衡配重的重心被设定成位于其运动轨迹的最底位置。

将平衡配重的最高位置、最低位置和活塞的上止点、下止点的位置彼此对应地设置，这使得平衡配重的运动形式能够和活塞的运行形式相互协调，使得平衡配重能够特别显著地中和活塞在上、下止点间的非匀速转动而对发动机造成的振动。特别地，对于本公开而言，在将平衡配重的转速设置为曲轴21的转速的2倍，并且平衡配重的运动轨迹如上述和活塞的运行形势相互协调，因此直列式活塞发动机1对二阶振动具有尤其明显的减振效果。

对于本公开的优选实施方式，在满足功率要求的前提下，各类部件被尽可能地缩小尺寸并紧凑布置。因此，如图2、3所示，在满足将第一平衡配重313和第二平衡配重322的中心位于曲轴21的轴向中心面的基础上，为了减小第一平衡齿轮312、惰轮311以及第二平衡齿轮321的轴向尺寸，第一驱动齿轮21d被设置在紧邻曲轴21轴向中心面的第三活塞223和第四活塞224之间，或者设置在第一活塞221和紧邻曲轴21轴向中心面的第二活塞222之间的位置处(未示出)。

然而，对于将第一驱动齿轮21d设置于曲轴21末端的实施方式，例如设置在第四活塞224的后端侧，发动机1也具有一定的减震作用，因此这种实施方式也应视为本公开力求保护的技术方案。

需要说明的是，当发动机1上用于驱动飞行器的第二驱动齿轮21e被设置在曲轴21的前端侧时，第一驱动齿轮21d优选地如图3所示被设定在第三活塞223的后端侧。

继续参见图2、3，对于本公开而言，将第一驱动齿轮21d和第二驱动齿轮21e优选地被设定在曲轴21中心平面的不同轴向侧，由此，第一驱动齿轮21d、第二驱动齿轮21e在驱动外界的过程中，外界对曲轴21施加的力矩能够在一定程度上获得均衡。特别优选地，作为发动机1中对外界输出动力源的核心构件，第二驱动齿轮21e被设定在曲轴21的一个轴向端部，从而便于下游设备(例如参见图1所示的安置有螺旋桨的动力输出轴11上的齿轮)的布置。

应当理解，第一驱动齿轮21d是用于与两个平衡配重啮合的机构，每个平衡配重与第一驱动齿轮21d之间的相互作用力会明显小于下游设备作用在第二驱动齿轮21e上的力。为了进一步避免在曲轴21轴向上产生不必要的弯矩，在第二驱动齿轮21e的轴向相对端一侧的至少一个曲柄臂21c被设定成具有平衡作用的平衡曲柄臂21c’，并且，该平衡曲柄臂21c’的重心与对应的连杆轴颈21b位于曲轴21的径向相对端。平衡曲柄臂21c’优选被设定为尽可能远离第二驱动齿轮21e的曲柄臂21c，以便在平衡作用于第二驱动齿轮21e的外力的目的的前提下，尽可能减轻发动机1的总体质量。例如，如图2所示，限定与第四活塞224连接的连杆轴颈21b的轴向位置的两个曲柄臂21c被设定成平衡曲柄臂21c’。

以下结合附图5-12来说明根据本公开的发动机1的示意性工作过程，其中曲轴21以顺时针方向转动，图5-12的视图方向与图4的视图方向均为发动机1的前端侧视角。当曲轴21进行逆时针转动以进行倒车时，发动机1的工作形式可参照图5-12的倒序进行理解，也即，在发动机1倒车过程中，发动机1按照图12-图5顺序的方式工作。

参见如图5所示的处于0°曲轴转角的发动机的侧视图，首先，在图5所示的转动0°的曲轴转角状态下，第一活塞221、第四活塞224位于上止点，第二活塞222、第三活塞223位于下止点。当第一驱动齿轮21d顺时针转动45°后，第一平衡配重313顺时针转动90°，第二平衡配重322逆时针转动90°，第二活塞222、第三活塞223上移大致四分之一行程，第一平衡配重313以及第二平衡配重322的重心移动至其运动轨迹的竖直方向的中间位置，发动机1进入图6所示的转动45°曲轴21转角状态。

参见如图6所示的处于45°曲轴转角的发动机的侧视图，在该图6所示状态下，第一驱动齿轮21d继续顺时针转动45°后，第一平衡配重313继续顺时针转动90°，第二平衡配重322继续逆时针转动90°，第二活塞222、第三活塞223上移大致二分之一行程，第一平衡配重313以及第二平衡配重322的重心移动至其运动轨迹的竖直方向的最高位置，发动机1进入图7所示的转动90°曲轴21转角状态。

参见如图7所示的处于90°曲轴转角的发动机的侧视图，在该图7所示状态下，第一驱动齿轮21d继续顺时针转动45°后，第一平衡配重313继续顺时针转动90°，第二平衡配重322继续逆时针转动90°，第二活塞222、第三活塞223上移大致四分之三行程，第一平衡配重313以及第二平衡配重322的重心再次移动至其运动轨迹的竖直方向的中间位置，发动机1进入图8所示的转动135°曲轴21转角状态。

参见如图8所示的处于135°曲轴转角的发动机的侧视图，在该图8所示状态下，第一驱动齿轮21d继续顺时针转动45°后，第一平衡配重313继续顺时针转动90°，第二平衡配重322继续逆时针转动90°，第二活塞222、第三活塞223完成上移行程，第一平衡配重313以及第二平衡配重322的重心移动至其运动轨迹的竖直方向的最低位置，发动机1进入图9所示的转动180°曲轴21转角状态。

参见如图9所示的处于180°曲轴转角的发动机的侧视图，在该图9所示状态下，第一驱动齿轮21d继续顺时针转动45°后，第一平衡配重313继续顺时针转动90°，第二平衡配重322继续逆时针转动90°，第二活塞222、第三活塞223下移大致四分之一行程，第一平衡配重313以及第二平衡配重322的重心移动至其运动轨迹的竖直方向的中间位置，发动机1进入图10所示的转动225°曲轴21转角状态。

参见如图10所示的处于225°曲轴转角的发动机的侧视图，在该图10所示状态下，第一驱动齿轮21d继续顺时针转动45°，第一平衡配重313继续顺时针转动90°，第二平衡配重322继续逆时针转动90°，第二活塞222、第三活塞223下移大致二分之一行程，第一平衡配重313以及第二平衡配重322的重心移动至其运动轨迹的竖直方向的最高位置，发动机1进入图11所示的转动270°曲轴21转角状态。

参见如图11所示的处于270°曲轴转角的发动机的侧视图，在该图11所示状态下，第一驱动齿轮21d继续顺时针转动45°，第一平衡配重313继续顺时针转动90°，第二平衡配重322继续逆时针转动90°，第二活塞222、第三活塞223下移大致四分之三行程，第一平衡配重313以及第二平衡配重322的重心移动至其运动轨迹的竖直方向的中间位置，发动机1进入图12所示的转动315°曲轴21转角状态。

参见如图12所示的处于315°曲轴转角的发动机的侧视图，最后，在该图12所示状态下，第一驱动齿轮21d再次顺时针转动45°后，发动机1回到图5所示的转动0°(即360°)曲轴21转角状态。发动机1完成一次完整的转动过程，第一平衡配重313、第二平衡配重322完成二次完整的转动过程。在该过程中，第一平衡配重313、第二平衡配重322与邻近曲轴21的轴向中心的第二活塞222、第三活塞223的竖向移动趋势匹配。

参见图13所示的根据本公开的实施例的发动机与未设有平衡机构的发动机在上下方向的振动力对比图，由计算机仿真并经过整机试验验证的结果显示，在设置了本公开的平衡机构3的情况下，发动机1的上下方向的振动力可基本被消除，实现了直列式活塞发动机的零振动。图13所示的比较对象的前提条件为，两者具备完全相同的曲柄连杆机构和活塞，且曲轴以相同转速转动。

需要说明的是，在以上文字说明及附图说明中，第一平衡组件31被设置在曲轴21的左侧，第二平衡组件32被设置在曲轴21的右侧，然而，根据本公开，第一平衡组件31和第二平衡组件32的位置还可彼此互换。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变体。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。

此外，在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本发明的范围。

附图标记说明：

直列式活塞发动机：1。

螺旋桨轴：11。

曲柄连杆机构：2。

平衡机构：3。

气缸体：4。

气缸头：5。

曲轴上箱体：6。

曲轴下箱体：7。

油底盘：8。

排气口：51。

曲轴：21。

主轴颈：21a。

连杆轴颈：21b。

曲柄臂：21c。

平衡曲柄臂：21c’。

第一驱动齿轮：21d。

第二驱动齿轮：21e。活塞：22。

第一活塞：221。

第二活塞：222。

第三活塞：223。

第四活塞：224。活塞群部：22a。销孔：22b。

活塞连杆：23。

活塞销：24。

第一平衡组件：31。

第二平衡组件：32。

惰轮：311。

惰轮轴：311a。

第一惰轮：311b。

第二惰轮：311c。

第一平衡齿轮：312。

第一平衡配重：313。

第二平衡齿轮：321。

第二平衡配重：322。