用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機

《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》是安徽全柴動力股份有限公司於2015年10月30日申請的專利，該專利申請號：201510734619X，專利公布號：CN105179455A，專利公布日：2015年12月23日，發明人是：陳輝、任家潮。

一種用於發動機的曲軸，包括主軸頸（21）、連桿軸頸（22）和平衡塊（23），主軸頸（21）和連桿軸頸（22）通過曲柄臂（24）交錯連線，每個連桿軸頸（22）的其中一端的曲柄臂（24）上遠離連桿軸頸（22）的位置設定有平衡塊（23），連桿軸頸（22）的軸線與主軸頸（21）的軸線平行，在每個平衡塊（23）上垂直於主軸頸（21）的軸線方向設定有貫穿平衡塊（23）的通道（25），在每個平衡塊（23）的外端部設定有若干個連通通道（25）的油道。《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》具有以下優點：利用曲軸的旋轉，通過通道和油道達到油氣分離的目的，同時可以達到冷卻曲軸和降低曲軸質量的目的。結果，能夠降低機油消耗量，減少污染物排放量，同時提高了曲軸的可靠性和降低了成本。

2021年8月16日，《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》獲得安徽省第八屆專利獎銀獎。

（概述圖為《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機
• 公布號：CN105179455A
• 公布日：2015年12月23日
• 申請號：201510734619X
• 申請日：2015年10月30日
• 申請人：安徽全柴動力股份有限公司
• 地址：安徽省滁州市全椒縣襄河鎮吳敬梓路788號
• 發明人：陳輝、任家潮
• Int.Cl.：F16C3/16(2006.01)I、F16C3/08(2006.01)I、F01M13/04(2006.01)I
• 專利代理機構：合肥市浩智運專利代理事務所
• 代理人：丁瑞瑞
• 類別：發明專利

專利背景

隨著中國排放法規的日益嚴格，特別是國V法規的逐漸實行，對機油耗的要求越來越高，而且機油中的顆粒物對人體傷害極大，是造成霧霾的重要因素。公知的柴油機中，大量的採用油氣分離器等外界輔助機構，進行油氣分離，成本高昂，且濾芯需進行更換，舊件仍然會對環境也是很大的污染。

曲軸是發動機中最重要的部件，它承受發動機的連桿傳來的力，並將其轉變為轉矩通過曲軸輸出並驅動發動機上其他附屬檔案工作。常規曲軸結構包括待裝上發動機的連桿的連桿軸頸和待裝上發動機的機體的主軸頸，發動機的主軸承孔與曲軸的主軸頸同軸線，連桿軸頸和主軸頸交錯設定，連桿軸頸的軸線平行於主軸頸的軸線，且通常在兩側的連桿軸頸和主軸頸的連線處和中間的連桿軸頸和主軸頸的連線處還設定有平衡塊。2015年10月30日前已有結構的曲軸在機體內部旋轉，曲軸所占的體積和重量非常的大，但其僅僅起到支撐和傳動的作用。因此，有必要對曲軸的能力進行研究創新，使其具有等多的作用。

發明內容

專利目的

《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》所要解決的技術問題在於提供了一種能夠降低機油消耗量，減少污染物排放量，同時提高了曲軸的可靠性和降低成本的用於發動機的曲軸。

《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》的發明人發覺曲軸箱內大量的油氣混合氣體，伴隨著曲軸的旋轉進行著旋轉，並且當活塞運行的時候，從氣缸套周邊的油氣混合的氣流速度是最快的。

技術方案

《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種用於發動機的曲軸，包括主軸頸（21）、連桿軸頸（22）和平衡塊（23），主軸頸（21）和連桿軸頸（22）通過曲柄臂（24）交錯連線，其中最內端和最外端的連桿軸頸（22）的朝向一致，中間的連桿軸頸（22）的朝向一致，每個連桿軸頸（22）的其中一端的曲柄臂（24）上遠離連桿軸頸（22）的位置設定有平衡塊（23），連桿軸頸（22）的軸線與主軸頸（21）的軸線平行，在每個平衡塊（23）上垂直於主軸頸（21）的軸線方向設定有貫穿平衡塊（23）的通道（25），在每個平衡塊（23）的外端部設定有若干個連通通道（25）的油道。

作為最佳化的技術方案，通道（25）的通道入口（24）處有鑄造圓角。

作為最佳化的技術方案，在通道（25）與每一個油道的相通處，有光滑過渡圓角。

作為最佳化的技術方案，所述的通道（25）是圓弧形狀，且與曲軸（13）的主軸頸（21）同軸。

上述通道（25）是圓弧形狀的方案中，最佳化的，各油道（26、27、28）的延長線通過主軸頸（21）的軸線。或者，上述通道（25）是圓弧形狀的方案中，最佳化的，各油道（260、270、280）的中心線與通道（25）的中心線相切，並且每一個油道的混合氣進氣側與通道（25）的相接處的倒角大於油道的混合氣背氣側與通道（25）的相接處的倒角。

上述方案中，最佳化的，每個平衡塊（23）上的油道（260、270、280）與通道（25）過渡處的半徑尺寸被設定為逐漸增大，距離通道入口（24）越遠，油道的尺寸越大。最佳化的，所述的通道（25）在所述的旋轉方向上，保持內徑恆定。

作為另一種通道可選的形狀，所述通道（25’）的軸線呈直線，且直線型通道（25’）的軸線的方向與連桿軸頸（22）和主軸頸（21）的軸心的連線方向垂直。

《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》還提供一種具有上述任一方案所述的曲軸結構的發動機，所述曲軸（13）的主軸頸（21）固定在發動機的機體（12）的主軸承孔內，機體（12）的主軸承孔與曲軸（13）的主軸頸（21）同軸線。

改善效果

利用曲軸的旋轉，通過通道和油道達到油氣分離的目的，同時可以達到冷卻曲軸和降低曲軸質量的目的。結果，能夠降低機油消耗量，減少污染物排放量，同時提高了曲軸的可靠性和降低了成本。

附圖說明

圖1《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》實施例一提供的發動機的曲軸的構造及其周邊零件的截面圖；

圖2為圖1中的線A-A的剖視圖；

圖3為《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》新型曲軸的側面結構示意圖；

圖4為圖3中曲軸的仰視圖；

圖5為圖3中曲軸的左視圖；

圖6為沿圖3中的線B-B的剖視圖；

圖7為沿圖4中的線C-C的剖視圖；

圖8為實施例的實驗1的結果；

圖9為實施例的實驗2的結果；

圖10為實施例二的通道和油道結構示意圖；

圖11為實施例三的通道和油道結構示意圖。

技術領域

《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》涉及一種用於工程機械和汽車等的發動機的曲軸，並且還涉及一種套用該曲軸的發動機。

實施方式

• 實施例一

請參閱圖1、2所示，本實施例的發動機為四缸柴油發動機，其中圖1中示出了一個氣缸11的結構，每個氣缸11內包括一個活塞5和一個連桿6。活塞5能夠垂直往復的在氣缸11內運行，活塞5通過連桿12連線到氣缸11下部的曲軸13上，即連桿12的小端固定連線在活塞5上，使得活塞5的往復運動通過連桿6變換為曲軸13的旋轉。這些零部件的運行全部都是在機體12內運行。

汽缸蓋3連線到機體12的上部，汽缸蓋3、機體12以及活塞5限定出燃燒室10，噴油器4布置在燃燒室10的上部。燃燒室10的進氣門2和排氣門1分別連線到發動機的汽缸蓋3上。曲軸13的旋轉，通過齒輪15的傳動帶動凸輪軸20和搖臂18，進而控制進氣門2和排氣門1的開關。進氣管16通過進氣道7連線在進氣門2上，排氣管19通過排氣道8連線在排氣門1上。用於燃料噴射的噴油器4設定在燃燒室10的上方，噴油器4是由噴油泵（未畫出）控制壓力，噴射燃料到燃燒室10中。噴射出的柴油與進氣混合形成混合氣，曲軸13轉動，帶動活塞5上行，壓燃混合氣，燃燒的能量帶動活塞5下行，進而帶動曲軸13旋轉。在這些過程中，由於很多零部件需要機油冷卻，而且機油受熱揮發，與活塞5的竄氣一起形成了大量的油氣混合氣體，存在與曲軸箱（由機體12和油底殼14等組成）中，最終通過汽缸蓋罩17排到大氣中。

上述發動機的運行狀態由ECU（電子控制單元，未畫出）控制。ECU基於來自諸如水溫感測器、空氣流量計、發動機轉速感測器、凸輪位置感測器和EGR位置控制感測器的輸出，控制諸如軌壓、噴油器4等部件來執行發動機的各種控制。其中曲軸13一般通過鑄造球鐵，後進行加工形成。如圖1所示，連桿6的大端連線到曲軸13的連桿軸頸22上。同時參閱圖3所示，所述曲軸13包括主軸頸21、連桿軸頸22和平衡塊23，主軸頸21和連桿軸頸22通過曲柄臂24交錯連線，其中最內端和最外端的連桿軸頸22的朝向一致，中間的連桿軸頸22的朝向一致，每個連桿軸頸22的其中一端的曲柄臂24上遠離連桿軸頸22的位置設定有平衡塊23，因此，最內端和最外端的平衡塊23的朝向一致，中間的平衡塊23的朝向一致，所述曲軸13的主軸頸21固定在機體12的主軸承孔內，機體12的主軸承孔與曲軸13的主軸頸21同軸線，連桿軸頸22的軸線與主軸頸21的軸線實質上是平行的。本實施例的發動機為四缸柴油發動機，因此圖3中所示的連桿軸頸22有4檔，主軸頸21有5檔，平衡塊23有4塊。上面所描述的發動機和其中曲軸的構造為2015年10月30日前所有的一般通用的發動機和曲軸的構造，《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》的創新點在於對截至2015年10月30日已有發動機和的曲軸13結構的改進，從而實現降低機油消耗量，減少污染物排放量的效果。當然，這種曲軸13的改進結構，套用於其他結構的發動機上時，具有一樣的降低機油消耗量，減少污染物排放量的效果。同時參閱圖4至圖7所示，下面對曲軸13的形狀進行詳細的描述。在下面的描述中，為了描述的簡明，當在圖4的仰視圖中觀察曲軸13時，沿曲軸主軸頸21方向為“X方向”，而垂直於主軸頸21的垂直方向稱為“Y方向”。另外，見圖3，沿平衡塊的方向，且與主軸頸垂直的方向為“Z方向”。圖5是圖3中的線B-B的剖視圖，圖6是圖4中的線C-C的剖視圖。《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》的改進點在於，在每個平衡塊23的圓周上設定有貫穿平衡塊23的通道25，在每個平衡塊23的外端部設定有若干個連通通道25的油道，《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》實施例中，設定了3個油道26、27、28。

下面對曲軸13的作用過程進行詳細的描述。首先曲軸13旋轉以後，在曲軸箱（由機體12和油底殼14等組成）記憶體在大量的油氣混合氣體。從通道入口24處，會進入大量的混合氣體。原因有以下兩點：一：通道入口24處為迎氣面，壓力大，通道出口29為背氣面，壓力小；二：油道26、27、28和通道出口29的面積之和大於油道進口24，行程負壓，抽吸效應。

當油氣混合氣體由通道進口24進入通道25後，高速旋轉時的離心力，會使大的油滴緊靠在通道25的外壁上，會在第一個油道26處甩出油道26，被甩到油底殼14或者機體12上面，最終回到油底殼14，經過第一次分離後，油氣混合氣體會進一步的分離，然後通過第二、第三個油道27、28，達到油氣分離的目的。

如上所述，根據依照所述實施例的曲軸13，可以利用燃燒時曲軸13的轉動，將曲軸箱內的油氣混合氣分離。結果證明，油氣分離效率提高，機油消耗量大幅下降，大幅改善了污染排放，並且能夠降低曲軸自重，減小摩擦損失，改善了燃料消耗率。

下面對所實施的確認上述實施例的效果的實驗以及所述實驗的結果進行描述。在所述的實驗中，具有通道和油道的曲軸13與不具有通道和油道的曲軸分別被裝配到發動機（直列四缸柴油發動機）中，通過24小時機油耗試驗（實驗1）和燃油消耗對比實驗（實驗2）。圖8示出了實驗1的結果。圖9示出了實驗2的結果如圖8所示，具有根據《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》的通道和油道的曲軸13的發動機實現了比裝配常規曲軸的發動機24小時機油消耗量節省了60％，大幅降低了污染物排量。

如圖9所示，具有根據《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》的通道和油道的曲軸13的發動機，在保持同樣功率的情況下，實現了比裝配常規曲軸的發動機的24小時的燃油消耗量減少了9千克，燃油消耗率降低了1％，對能源的節約有著積極的意義。作為最佳化的結構，通道25的通道入口24處有鑄造圓角，利於氣體導向作用。而更進一步的最佳化，在通道25與每一個油道的相通處，有光滑過渡圓角，利於油滴流通。

本實施例中，在每個平衡塊的毫米圓周上有毫米的通道25，連線著毫米、毫米、毫米的油道26、27、28，但是，關於設定的具體位置和通道和油道的尺寸，根據具體的曲軸的大小和使用的場合由本領域的一般技術人員確定。

該實施例中，所述的通道25是圓弧形狀，且與曲軸13的主軸頸21同軸，油道26、27、28的延長線通過主軸頸21的軸線。

該實施例中，所述的通道25包括相鄰的兩個朝向一致的平衡塊23內的通道25和另外兩個相鄰的朝向一致的平衡塊23內的通道25。並且作為最佳化的技術方案，每個平衡塊23上的油道26、27、28與通道25過渡處的半徑尺寸被設定為逐漸增大，以靠近轉向末端的內徑最大，即距離通道入口24越遠，油道的尺寸越大，油道28與通道25的過渡處的半徑比油道27與通道25的過渡處的半徑大，油道27與通道25的過渡處的半徑比油道26與通道25的過渡處的半徑大。並且，該結構中，作為最佳化的實施方案，所述的通道25在所述的旋轉方向上，保持內徑恆定。

• 實施例二

請參閱圖10所示，該實施例與實施例一的區別在於曲軸13的油道的結構的不同，其他結構均與實施例一完全相同。

在圖10所示的改進例中，油道用260、270、280標示，該實施例更改了油道的260、270、280走向和形狀，油道260、270、280的中心線與通道25的中心線相切，並且每一個油道與通道25的相接處的倒角在混合氣進氣側較大，背氣側較小。

該實施例中，每個平衡塊23上的油道260、270、280與通道25過渡處的半徑尺寸被設定為逐漸增大，以靠近轉向末端的內徑最大，即距離通道入口24越遠，油道的尺寸越大，油道280與通道25的過渡處的半徑比油道270與通道25的過渡處的半徑大，油道270與通道25的過渡處的半徑比油道260與通道25的過渡處的半徑大。

• 實施例三

請參閱圖11所示，該實施例與實施例一的區別在於曲軸13的通道和油道的結構的不同，其他結構均與實施例一完全相同。

在圖11所示的改進例中，通道用25’標示，油道用26’、27’、28’標示，該實施例更改了通道25’和油道26’的走向和形狀，通道25’的軸線呈直線，且直線型通道25’的軸線的方向是與連桿軸頸22和主軸頸21的軸心的連線方向垂直。油道26’的延長線通過主軸頸21的軸線。圖11中只給出了一個油道，本領域人員可以理解，如同實施例一和實施例二相同，油道的數量設定為至少一個。在以上所述的實施例和改進例中，《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》套用於工程機械的多缸柴油機的曲軸。

榮譽表彰

2021年8月16日，《用於發動機的曲軸以及使用該曲軸的發動機》獲得安徽省第八屆專利獎銀獎。