一种发动机曲轴结构、发动机曲柄连杆机构及发动机的制作方法

1.本发明涉及发动机技术领域，具体是一种发动机曲轴结构、发动机曲柄连杆机构及发动机。


背景技术：

2.随着发动机领域技术的发展与进步，人们对于不同的发动机的性能要求也逐步提高。其中在v型发动机领域，通过研究发现其多缸曲轴的曲柄有多种布置形势，不同的曲柄布置可产生不同的发火顺序。如现有技术中，人们采用的曲拐布置通常为沿顺时针方向依次是相互平行的第一曲拐和第八曲拐、相互平行的第三曲拐和第六曲拐、相互平行的第二曲拐和第七曲拐、相互平行的第四曲拐和第五曲拐。这样的布置导致评估的曲轴扭振应力高，这需要匹配更大的减振器来保证曲轴强度。并且，曲轴内弯矩大，增加了轴瓦的载荷，同时会增加整机的重量与整机的长度。因此如何通过合理地安排曲轴布置来减小扭振应力与内弯矩，进而提高曲轴、轴瓦可靠性，仍亟待解决。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种发动机曲轴结构、发动机曲柄连杆机构及发动机，通过合理设计曲轴布置从而提高曲轴、轴瓦的可靠性。
4.为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
5.一种发动机曲轴结构，包括第一连接端、第二连接端以及连接于所述第一连接端与所述第二连接端之间的曲拐组；
6.所述曲拐组包括依次设置的八个曲拐；环绕所述第一连接端指向所述第二端的方向，八个所述曲拐包括依次设置的第一曲拐、第二曲拐、第三曲拐、第四曲拐、第五曲拐、第六曲拐、第七曲拐以及第八曲拐；
7.所述第一曲拐设置的方向为第一方向，垂直所述第一方向为所述第一连接端指向所述第二连接端的方向；所述第二曲拐沿所述第一方向顺时针旋转225
°
设置，所述第三曲拐沿所述第一方向顺时针旋转90
°
设置，所述第四曲拐沿所述第一方向顺时针旋转315
°
设置，所述第五曲拐沿所述第一方向顺时针旋转135
°
设置，所述第六曲拐沿所述第一方向顺时针旋转270
°
设置，所述第七曲拐沿所述第一方向顺时针旋转45
°
设置，所述第八曲拐沿所述第一方向顺时针旋转180
°
设置。
8.本技术提供的发动机曲轴结构通过合理设计曲轴布置，调整不同曲拐之间的角度，来减小扭振应力与内弯矩，从而实现提高曲轴、轴瓦的可靠性，进而改善发动机的性能。
9.可选地，每个所述曲拐包括第一曲柄、第二曲柄以及连杆轴颈；
10.所述连杆轴颈平行于所述第一连接端指向所述第二连接端的方向，所述第一曲柄连接于所述连杆轴颈朝向所述第一连接端的一端，所述第二曲柄连接于所述连杆轴颈朝向所述第二连接端的一端。
11.可选地，所述第一曲拐的所述第一曲柄与所述第二曲柄分别设置有平衡重组件，
所述第二曲拐的所述第一曲柄设置有平衡重组件，所述第三曲拐的所述第二曲柄设置有平衡重组件，所述第四曲拐的所述第一曲柄与所述第二曲柄分别设置有平衡重组件，所述第五曲拐的所述第一曲柄与所述第二曲柄分别设置有平衡重组件，所述第六曲拐的所述第一曲柄设置有平衡重组件，所述第七曲拐的所述第二曲柄设置有平衡重组件，所述第八曲拐的所述第一曲柄与所述第二曲柄分别设置有平衡重组件。
12.可选地，所述平衡重组件包括平衡重本体，所述平衡重本体具有连接平面和结构弧面；所述连接平面可拆卸地固定于所述曲柄。
13.可选地，所述平衡重本体通过螺栓固定于所述曲柄。
14.可选地，所述平衡重组件还包括定位套，所述定位套套设于所述螺栓上。
15.一种发动机曲柄连杆机构，包括多个连杆、多个活塞以及所述的曲轴结构；
16.每个所述曲柄对应连接两个所述连杆，每个所述连杆一一对应地传动连接一个所述活塞；每个所述活塞用于可活动地设置于发动机的气缸内。
17.一种发动机，包括气缸组以及所述的发动机曲柄连杆机构；
18.所述气缸组包括第一气缸组与第二气缸组，所述第一气缸组包括第一组第一缸、第一组第二缸、第一组第三缸、第一组第四缸、第一组第五缸、第一组第六缸、第一组第七缸、第一组第八缸；
19.所述第二气缸组包括第二组第一缸、第二组第二缸、第二组第三缸、第二组第四缸、第二组第五缸、第二组第六缸、第二组第七缸、第二组第八缸；
20.所述第一组第一缸和所述第二组第一缸分别对应连接所述第一曲拐的两个所述活塞；
21.所述第一组第二缸和所述第二组第二缸分别对应连接所述第二曲拐的两个所述活塞；
22.所述第一组第三缸和所述第二组第三缸分别对应连接所述第三曲拐的两个所述活塞；
23.所述第一组第四缸和所述第二组第四缸分别对应连接所述第四曲拐的两个所述活塞；
24.所述第一组第五缸和所述第二组第五缸分别对应连接所述第五曲拐的两个所述活塞；
25.所述第一组第六缸和所述第二组第六缸分别对应连接所述第六曲拐的两个所述活塞；
26.所述第一组第七缸和所述第二组第七缸分别对应连接所述第七曲拐的两个所述活塞；
27.所述第一组第八缸和所述第二组第八缸分别对应连接所述第八曲拐的两个所述活塞。
28.可选地，所述气缸组的发火顺序依次为：所述第一组第一缸、所述第二组第七缸、所述第一组第六缸、所述第二组第四缸、所述第二组第六缸、所述第一组第五缸、所述第二组第八缸、所述第一组第七缸、所述第二组第三缸、所述第一组第四缸、所述第二组第一缸、所述第一组第二缸、所述第一组第八缸、所述第二组第二缸、所述第一组第三缸、所述第二组第五缸。
29.可选地，所述第一组第一缸和所述第二组第一缸之间的夹角为90
°
；所述第一组第二缸和所述第二组第二缸之间的夹角为90
°
；所述第一组第三缸和所述第二组第三缸之间的夹角为90
°
；所述第一组第四缸和所述第二组第四缸之间的夹角为90
°
；所述第一组第五缸和所述第二组第五缸之间的夹角为90
°
；所述第一组第六缸和所述第二组第六缸之间的夹角为90
°
；所述第一组第七缸和所述第二组第七缸之间的夹角为90
°
；所述第一组第八缸和所述第二组第八缸之间的夹角为90
°
。
附图说明
30.图1为本技术实施例提供的曲轴结构示意图；
31.图2为图1中z结构的放大示意图；
32.图3为本技术实施例提供的曲拐结构简单示意图；
33.图4为现有技术提供的曲拐结构简单示意图；
34.图5为本技术实施例提供的平衡重组件结构示意图。
35.附图标记：
36.1-第一曲拐；2-第二曲拐；3-第三曲拐；4-第四曲拐；5-第五曲拐；
37.6-第六曲拐；7-第七曲拐；8-第八曲拐；9-第一曲柄；10-第二曲柄；
38.11-连杆轴颈；12-平衡重本体；13-螺栓；14-定位套。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.如图1所示，本发明实施例提供的发动机曲轴结构包括第一连接端e、第二连接端f以及连接于第一连接端e与第二连接端f之间的曲拐组。其中曲拐组包括从第一连接端e指向第二连接端f的方向，依次设置的八个曲拐，该八个曲拐依次为第一曲拐1、第二曲拐2、第三曲拐3、第四曲拐4、第五曲拐5、第六曲拐6、第七曲拐7以及第八曲拐8。其中，第一连接端e指向第二连接端f的方向可以看做曲拐的轴向。
41.沿垂直于第一连接端e指向第二连接端f的方向，如图3所示，设定第一曲拐1设置的方向为第一方向。环绕第一连接端e指向第二连接端f的方向，第二曲拐2沿第一方向顺时针旋转225
°
设置，第三曲拐3沿第一方向顺时针旋转90
°
设置，第四曲拐4沿第一方向顺时针旋转315
°
设置，第五曲拐5沿第一方向顺时针旋转135
°
设置，第六曲拐6沿第一方向顺时针旋转270
°
设置，第七曲拐7沿第一方向顺时针旋转45
°
设置，第八曲拐8沿第一方向顺时针旋转180
°
设置。
42.对于本技术实施例提出的曲拐结构的内弯矩进行计算实验模拟对比，可以得到如表1所示的数据对比。其中，参考曲拐结构为现有技术，现有技术的曲拐结构以图4示例。可以由表1看出，本技术实施例所提出的曲轴结构使发动机的内弯矩明显降低，较低的内弯矩可以保证发动机运行平稳，提高发动机的性能。
43.表1
44.曲拐结构内弯矩参考曲拐结构3.154本技术曲拐结构0.628
45.其中，曲拐组内的各个曲拐都包括曲柄组以及设置于曲柄组顶端的连杆轴颈11，如图2所示，以第一曲拐1为例，其中曲柄组包括第一曲柄9与第二曲柄10，连杆轴颈11的两端分别与第一曲柄9与第二曲柄10铰接。
46.通过在曲柄上设置平衡重组件，可以进一步提高发动机的性能，使曲轴运转平稳且减少连杆轴颈承受的负荷。具体地，结合图1所示，将平衡重组件分别设置于第一曲拐1的第一曲柄9与第二曲柄10、第二曲拐2的第一曲柄9、第三曲拐3的第二曲柄10、第四曲拐4的第一曲柄9与第二曲柄10、第五曲拐5的第一曲柄9与第二曲柄10、第六曲拐6的第一曲柄9、第七曲拐7的第二曲柄10、第八曲拐8的第一曲柄9与第二曲柄上10。
47.其中，平衡重组件的设计可以如图5所示，以第一曲柄9上的平衡重组件为例，平衡重组件包括平衡重本体12，平衡重本体12呈月牙形，具有一平面和弧面，平衡重本体12可以通过该平面与曲柄可拆卸地连接。
48.具体地，平衡重本体12具有贯穿平衡重的固定槽，固定槽的两端分别位于平衡重本体12的平面和弧面。对应地，设置有平衡重组件的曲柄(以第一曲柄9示例)远离曲轴结构轴线的一侧设置有安装槽。将螺栓穿过固定槽固定到安装槽，可以将平衡重本体12连接到曲柄。示例性地，固定槽设置有两个，安装槽也设置有两个，两个安装槽与两个固定槽一一对应，如图5所示，平衡重组件12的弧面设置有沉孔，用于容纳螺栓13的头部。螺栓13的尾部与安装槽螺纹连接。
49.此外，平衡重组件还包括定位套14，定位套14可以设置于平衡重组件12与曲柄之间，以确保安装的稳定性。
50.此外本发明还提出一种发动机曲柄连杆机构，包括多个连杆、多个活塞以及上述曲轴结构。每个曲拐对应连接两个连杆，每个连杆一一对应地传动连接一个活塞；每个活塞用于可活动地设置于发动机的气缸内。使曲轴结构与气缸组一一对应地连接起来，进而确保曲柄结构的运动能够带动连杆与活塞的运动，而活塞的运动进而保证了气缸组的正常工作与发火程序的进行。
51.同时，本发明提出一种发动机，包括气缸组以及上述发动机曲柄连杆机构，气缸组包括第一气缸组与第二气缸组，发动机曲轴结构连接第一气缸组与第二气缸组。第一气缸组包括第一组第一缸、第一组第二缸、第一组第三缸、第一组第四缸、第一组第五缸、第一组第六缸、第一组第七缸、第一组第八缸；第二气缸组包括第二组第一缸、第二组第二缸、第二组第三缸、第二组第四缸、第二组第五缸、第二组第六缸、第二组第七缸、第二组第八缸。
52.与上述发动机曲柄连杆机构相对应地，第一组第一缸和第二组第一缸分别对应连接第一曲拐1的两个活塞；第一组第二缸和第二组第二缸分别对应连接第二曲拐2的两个所述活塞；第一组第三缸和第二组第三缸分别对应连接第三曲拐3的两个活塞；第一组第四缸和第二组第四缸分别对应连接第四曲拐4的两个活塞；第一组第五缸和第二组第五缸分别对应连接第五曲拐5的两个活塞；第一组第六缸和第二组第六缸分别对应连接第六曲拐6的两个活塞；第一组第七缸和第二组第七缸分别对应连接第七曲拐7的两个活塞；第一组第八缸和第二组第八缸分别对应连接第八曲拐8的两个活塞。
53.其中，第一组第一缸和第二组第一缸之间的夹角为90
°
；第一组第二缸和第二组第二缸之间的夹角为90
°
；第一组第三缸和第二组第三缸之间的夹角为90
°
；第一组第四缸和第二组第四缸之间的夹角为90
°
；第一组第五缸和第二组第五缸之间的夹角为90
°
；第一组第六缸和第二组第六缸之间的夹角为90
°
；第一组第七缸和第二组第七缸之间的夹角为90
°
；第一组第八缸和第二组第八缸之间的夹角为90
°
。将第一气缸组的气缸与其对应的第二气缸组的气缸之间的夹角设置为90
°
，与曲柄结构内各个曲拐之间的角度相对应。两个相邻的曲拐之间的角度至少为135
°
，进而确保相邻发火的发动机气缸之间角度不会过小，保证发动机的正常运作。
54.具体地，第一组第一缸与第二组第一缸关于第一曲拐1的设置方向对称，第一组第二缸与第二组第二缸关于第二曲拐2的设置方向对称，第一组第三缸与第二组第三缸关于第三曲拐3的设置方向对称，第一组第四缸与第二组第四缸关于第四曲拐4的设置方向对称，第一组第五缸与第二组第五缸关于第五曲拐5的设置方向对称，第一组第六缸与第二组第六缸关于第六曲拐6的设置方向对称，第一组第七缸与第二组第七缸关于第七曲拐7的设置方向对称，第一组第八缸与第二组第八缸关于第八曲拐8的设置方向对称。
55.与本发明提出的发动机曲轴结构相对应的最优气缸发火顺序依次为第一组第一缸、第二组第七缸、第一组第六缸、第二组第四缸、第二组第六缸、第一组第五缸、第二组第八缸、第一组第七缸、第二组第三缸、第一组第四缸、第二组第一缸、第一组第二缸、第一组第八缸、第二组第二缸、第一组第三缸、第二组第五缸。
56.对于本技术实施例提出的发动机的扭振应力进行计算实验模拟对比，可以得到如表2所示的数据对比。其中，参考发火顺序为现有技术。可以由表2看出，本技术实施例所提出的发动机的曲轴扭转应力相对于现有技术明显降低了。因此在本发明提出的曲轴布置的基础上设计与其相匹配的最优的气缸发火顺序可以降低曲轴扭转应力。
57.表2
58.发火顺序扭振应力参考发火顺序71.4本技术发火顺序66.5
59.可见，本技术实施例提供的发动机，结合曲拐结构，采用上述发火顺序能够保证曲轴的强度，轴瓦可靠性更高。其中，可以使第一气缸组与第二气缸组尽量交替做功，且连续作功的两气缸相隔尽量远，进而提高发动机的性能。
60.显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。