CN218718134U - 发动机曲轴、发动机及汽车 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种发动机曲轴、发动机及汽车，发动机曲轴绕旋转中心线转动，发动机曲轴包括第一连接端、第二连接端及连接于第一连接端与第二连接端之间的若干主轴颈、若干连杆轴颈及若干曲柄臂，各主轴颈沿旋转中心线间隔设置，每相邻两个主轴颈之间设置有偏离旋转中心线设置的连杆轴颈，主轴颈与连杆轴颈通过曲柄臂固定连接，曲柄臂远离连杆轴颈的一端设置有平衡块；其中，曲柄臂沿旋转中心线方向的投影为椭圆形。本申请提供的发动机曲轴，将曲柄臂设计为椭圆形结构能优化发动机曲轴的弯曲和扭转刚度，并提高曲轴整体的强度，使得发动机曲轴在承受旋转质量的离心力、周期变化的燃气作用力和往复惯性力时仍能保证正常运行。

Description

发动机曲轴、发动机及汽车

技术领域

本实用新型涉及发动机结构设计技术领域，尤其涉及一种发动机曲轴、发动机及汽车。

背景技术

发动机曲轴作为汽车重要的组成部分，是发动机动力传输的主要部件。曲轴具有结构变化急剧、所受工况极其复杂的特性，它受到旋转质量的离心力、周期变化的燃气作用力和往复惯性力的共同作用，承受扭转和弯曲的交变应力。

现有技术中的发动机曲轴强度、刚度及平衡性较差、寿命短且摩擦损耗高。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种发动机曲轴、发动机及汽车，用以解决现有技术中发动机曲轴的强度、刚度及平衡性较差的问题。

本申请提供一种发动机曲轴，曲轴绕旋转中心线转动，发动机曲轴包括第一连接端、第二连接端及连接于所述第一连接端与所述第二连接端之间的若干主轴颈、若干连杆轴颈及若干曲柄臂，各所述主轴颈沿所述旋转中心线间隔设置，每相邻两个所述主轴颈之间设置有偏离所述旋转中心线设置的所述连杆轴颈，所述主轴颈与所述连杆轴颈通过所述曲柄臂固定连接，所述曲柄臂远离所述连杆轴颈的一端设置有平衡块；其中，所述曲柄臂沿所述旋转中心线方向的投影为椭圆形。

在上述方案中，将曲柄臂设计为椭圆形结构能优化发动机曲轴的弯曲和扭转刚度，并提高曲轴整体的强度，使得发动机曲轴在承受旋转质量的离心力、周期变化的燃气作用力和往复惯性力时仍能保证正常运行。

在一种可能的设计中，所述曲柄臂的椭圆形投影的两个焦点分别与所述连杆轴颈及所述主轴颈的几何中心线重合。

在上述方案中，发动机曲轴的平衡性更好，发动机曲轴的弯曲和扭转刚度更高。

在一种可能的设计中，所述第一连接端为前端轴颈，所述第二连接端为后端法兰。

在上述方案中，前端轴颈与后端法兰能方便发动机曲轴在发动机内的定位与安装。

在一种可能的设计中，最靠近所述后端法兰的所述曲柄臂上设置有正时信号盘安装部，所述正时信号盘安装部位于所述曲柄臂靠近所述后端法兰的一面。

在上述方案中，能在发动机曲轴中靠近后端法兰的曲柄臂上安装正时信号盘，显著了提高安装速度及安装便利性，还能保证发动机曲轴的动平衡。

在一种可能的设计中，所述发动机曲轴包括五个所述主轴颈、四个所述连杆轴颈及八个所述曲柄臂。

在上述方案中，发动机曲轴能配合四冲程发动机使用。

在一种可能的设计中，所述曲柄臂的质心及所述平衡块的质心均位于所述旋转中心线上。

在上述方案中，能进一步提高发动机曲轴的转动稳定性。

在一种可能的设计中，所述主轴颈的直径为R1，所述连杆轴颈的直径为R2，其中，1≤R1/R2≤1.2。

在上述方案中，发动机曲轴能在保证强度的前提下减小摩擦损失。

在一种可能的设计中，所述R1与R2进一步满足，R1/R2＝23/21。

在上述方案中，能进一步减小摩擦损失。

本申请还提供一种发动机，所述发动机包括前述任一项所述的发动机曲轴，其显然具有上述发动机曲轴的优点。

本申请还提供一种汽车，其包括前述发动机曲轴及发动机，以使汽车的油耗、噪音降低，还能使汽车的寿命延长。

本申请实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点在说明书以及附图所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的发动机曲轴的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一视角的发动机曲轴的结构示意图。

附图标记：

100、发动机曲轴；110、旋转中心线；1、第一连接端；2、第二连接端；31、主轴颈；32、连杆轴颈；33、曲柄臂；34、平衡块；4、正时信号盘安装部。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

发动机曲轴100作为汽车重要的组成部分，是发动机动力传输的主要部件。曲轴具有结构变化急剧，所受工况极其复杂的特性，它受到旋转质量的离心力、周期变化的燃气作用力和往复惯性力的共同作用，承受扭转和弯曲的交变应力。因此要求设计开发的曲轴具有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好等特点。

与现有的传统发动机相比，混动专用发动机采用了米勒/阿特金森循环、高压缩比、长行程缸径比等技术，曲轴的结构变化更加剧烈，冲程更长；曲轴受力更加复杂，要求曲轴更加轻量化，具有更强的强度和刚度和更低的摩擦损失，而现有技术存在如下不足之处：按照传统曲轴结构设计，曲轴刚度更低，扭振幅值更大，发动机振动更大。因为曲轴冲程更长，曲轴强度的安全系数更低。运转过程中，摩擦损失更大。

下面根据本申请实施例提供的发动机曲轴的结构，对其具体实施例进行说明。

请参阅图1及图2，本申请提供一种发动机曲轴100，曲轴绕旋转中心线110转动，发动机曲轴100包括第一连接端1、第二连接端2及连接于第一连接端1与第二连接端2之间的若干主轴颈31、若干连杆轴颈32及若干曲柄臂33，各主轴颈31沿旋转中心线110间隔设置，每相邻两个主轴颈31之间设置有偏离旋转中心线110设置的连杆轴颈32，主轴颈31与连杆轴颈32通过曲柄臂33固定连接，曲柄臂33远离连杆轴颈32的一端设置有平衡块34；其中，曲柄臂33沿旋转中心线110方向的投影为椭圆形。

第一连接端1可以装配有正时齿轮，用以驱动风扇、水泵、以及起动爪等，第二连接端2可以用于安装飞轮。

主轴颈31是发动机曲轴100的支承部分，其主体结构为圆柱，其几何中心线为圆柱的轴线，主轴颈31沿与旋转中心线110平行的方向延伸。在工作时，主轴颈31通过主轴承支承在发动机曲轴100箱的主抽承座中。所述主轴颈31的具体数量主要取决于发动机的气缸数量。在本实施例中，所述发动机曲轴100应用于四缸发动机中，其主轴颈31的数量为五个。

相邻的两个主轴颈31之间还设有连杆轴颈32。所述连杆轴颈32指的是所述发动机曲轴100与发动机连杆的连接部分，并通过曲柄臂33与所述主轴颈31固定连接，连杆轴颈32的主体结构为圆柱，其几何中心线为圆柱的轴线，连杆轴颈32是以偏离旋转中心线110的位置设置的，连杆轴颈32沿平行于旋转中心线110的方向延伸。另外，在某些实施例中，相邻的两个连杆轴颈32之间也可以由曲柄臂33固定连接。

曲柄臂33在旋转中心线110方向的投影为椭圆形，其主体形状可以为椭圆形的饼状结构，曲柄臂33的一端与主轴颈31连接，曲柄臂33的另一端与连杆轴颈32连接。

上述用作连接的曲柄臂33可以采用圆弧过渡，从而减少应力集中。所述连杆轴颈32和所述曲柄臂33的数量决定于发动机的气缸数以及发动机的类型。在本实施例中，所述连杆轴颈32的数量为四个，所述曲柄臂33的数量为八个，主轴颈31的数量为五个，特别地，所述发动机曲轴100中以其最中心的主轴颈31为中心而对称设置。

曲柄臂33远离连杆轴颈32的一端设置有平衡块34，平衡块34可以铸在曲柄臂33上，也可以以常规的方式紧固于所述曲柄臂33，平衡块34的形状可以是斧形、条形、半圆形等，其作为对应连杆轴颈32的配重部分以使发动机曲轴100达到动平衡。特别地，在有些情况下，可以不额外增加平衡块34，而是通过曲柄臂33来起平衡作用。此为本技术领域的技术人员所熟知的技术，故在此不再赘述。

本实施例将曲柄臂33设计为椭圆形结构能优化发动机曲轴100的弯曲和扭转刚度，并提高曲轴整体的强度，使得发动机曲轴100在承受旋转质量的离心力、周期变化的燃气作用力和往复惯性力时仍能保证正常运行。

在其中一个实施例中，曲柄臂33的椭圆形投影的两个焦点分别与连杆轴颈32及主轴颈31的几何中心线重合。

请参阅图1及图2，曲柄臂33沿旋转中心线110方向的椭圆形投影具有两个焦点，椭圆形线上任意一点到两个焦点的距离之和为常数。与该曲柄臂33连接的连杆轴颈32具有几何中心线，与该曲柄臂33连接的主轴颈31同样具有几何中心线，两个几何中心线分别与两个焦点重合。经过试验，如此设计的发动机曲轴100的平衡性更好，发动机曲轴100的弯曲和扭转刚度更高，具体地，在某些实施例中，该设计能使发动机曲轴100的扭转刚度提高％、弯曲刚度提高％。

在其中一个实施例中，第一连接端1为前端轴颈，第二连接端2为后端法兰。

前端轴颈能伸入发动机上的轴承座圈内，后端法兰可以通过飞轮螺栓与飞轮连接在一起。因此，前端轴颈与后端法兰能方便发动机曲轴100在发动机内的定位与安装。

在其中一个实施例中，最靠近后端法兰的曲柄臂33上设置有正时信号盘安装部4，正时信号盘安装部4位于曲柄臂33靠近后端法兰的一面。

请参阅图2，正时信号盘相当于控制发动机的开关，其相位角度的设计及精确控制，对发动机各个气缸的协调工作起着至关重要的作用，信号盘提供信号给转速传感器，转速传感器再把信号传递给ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)，ECU收到该信号就控制发动机喷油及点火。在发动机曲轴100中靠近后端法兰的曲柄臂33上的正时信号盘安装部4安装正时信号盘，能提高安装速度及安装便利性，还能保证发动机曲轴100的动平衡。

在其中一个实施例中，发动机曲轴100包括五个主轴颈31、四个连杆轴颈32及八个曲柄臂33。

请参阅图1，五个主轴颈31与四个连杆轴颈32交替设置，曲柄臂33共设置有八个，每个曲柄臂33均与一个相邻的主轴颈31与一个连杆轴颈32连接，如此设置的发动机曲轴100能配合四冲程发动机使用。

在其中一个实施例中，曲柄臂33的质心及平衡块34的质心均位于旋转中心线110上。

质心可以理解为质量的中心，是部件中各个质点的位置矢量关于质量的加权平均值，将曲柄臂33的质心及平衡块34的质心设置于旋转中心线110上，能进一步提高发动机曲轴100的转动稳定性。

在其中一个实施例中，主轴颈31的直径为R1，连杆轴颈32的直径为R2，其中，1≤R1/R2≤1.2。

本实施例的主轴颈31与连杆轴颈32的直径在上述比值范围内，例如，R1为46mm，R2为42mm，发动机曲轴100能在保证强度的前提下减小摩擦损失，而且能优化发动机曲轴100的重量，相比同类曲轴，该设计曲轴重量降低15％，能达到轻量化设计目标。

在其中一个实施例中，R1与R2进一步满足，R1/R2＝23/21。本实施例能在保证强度的前提下进一步减小摩擦损失。

需要注意的是，前述发动机曲轴100可以由合金铸铁材料锻造而成，以实现较高的强度和刚度。采用锻造工艺能显著提升发动机曲轴100的使用寿命、提高发动机曲轴100的耐磨性能和耐疲劳强度。在主轴颈31和连杆轴颈32的表面可以采用高频淬火工艺或氮化工艺进行处理，再经过精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。

本申请还提供一种发动机，发动机包括前述任一项的发动机曲轴100，其显然具有上述发动机曲轴100的优点。

发动机可以应用于混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，简称：HEV)、增程式电动汽车(Range Extended Electric Vehicle，简称REEV)、插电式混合动力汽车(Plug-inHybrid Electric Vehicle，简称：PHEV)等任意需要采用燃油作为动力的汽车中。

本申请还提供一种汽车，其包括前述发动机曲轴100及发动机，以使汽车的油耗、噪音降低，寿命延长。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机曲轴，所述发动机曲轴绕旋转中心线转动，其特征在于，包括：

第一连接端、第二连接端及连接于所述第一连接端与所述第二连接端之间的若干主轴颈、若干连杆轴颈及若干曲柄臂，各所述主轴颈沿所述旋转中心线间隔设置，每相邻两个所述主轴颈之间设置有偏离所述旋转中心线设置的所述连杆轴颈，所述主轴颈与所述连杆轴颈通过所述曲柄臂固定连接，所述曲柄臂远离所述连杆轴颈的一端设置有平衡块；

其中，所述曲柄臂沿所述旋转中心线方向的投影为椭圆形。

2.根据权利要求1所述的发动机曲轴，其特征在于，所述曲柄臂的椭圆形投影的两个焦点分别与所述连杆轴颈及所述主轴颈的几何中心线重合。

3.根据权利要求1或2所述的发动机曲轴，其特征在于，所述第一连接端为前端轴颈，所述第二连接端为后端法兰。

4.根据权利要求3所述的发动机曲轴，其特征在于，最靠近所述后端法兰的所述曲柄臂上设置有正时信号盘安装部，所述正时信号盘安装部位于所述曲柄臂靠近所述后端法兰的一面。

5.根据权利要求1所述的发动机曲轴，其特征在于，所述发动机曲轴包括五个所述主轴颈、四个所述连杆轴颈及八个所述曲柄臂。

6.根据权利要求1所述的发动机曲轴，其特征在于，所述曲柄臂的质心及所述平衡块的质心均位于所述旋转中心线上。

7.根据权利要求1所述的发动机曲轴，其特征在于，所述主轴颈的直径为R1，所述连杆轴颈的直径为R2，其中，1≤R1/R2≤1.2。

8.根据权利要求7所述的发动机曲轴，其特征在于，所述R1与R2进一步满足，R1/R2＝23/21。

9.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括权利要求1-8中任一项所述的发动机曲轴。

10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括权利要求9中所述的发动机。

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