一种减振曲柄组件、曲轴、发动机以及车辆的制作方法

1.本技术属于车辆技术领域，具体涉及一种减振曲柄组件、曲轴、发动机以及车辆。


背景技术：

2.目前应用于平衡发动机旋转惯性力及往复惯性力的方式主要有两种：一是采用平衡轴；二是在曲柄上设置配重。
3.现有曲轴的曲轴平衡率不可改变，在发动机低速运行时，过大的曲轴平衡率使轴承负荷变大，造成润滑不良，曲轴的轴颈磨损加剧。在发动机高转速运行时，曲轴平衡率不足使发动机的纵向振动减小到驾驶员能感觉到舒适的程度。因此，现有的发动机存在低速润滑不好，高速振动大的问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种减振曲柄组件、曲轴、发动机以及车辆，通过在不同工况下对曲轴实现“变过量平衡率”，减小发动机振动，实现座椅导轨三向振动最小，提升驾乘人员舒适性。
5.实现本发明目的所采用的技术方案为，一种减振曲柄组件，包括曲柄、平衡块、配重块和弹性元件，其中：所述平衡块设置在所述曲柄上，所述平衡块内部设置有油道、连通口和调节腔，所述油道与所述调节腔通过所述连通口相连通，且所述连通口位于所述调节腔的远曲柄侧；所述配重块和所述弹性元件均设置于所述调节腔中，且所述配重块与所述调节腔滑动配合，所述弹性元件位于所述配重块的近曲柄侧，所述配重块的远曲柄侧靠近所述连通口。
6.可选的，所述平衡块包括平衡主体和边缘块，所述边缘块可拆卸地安装于所述平衡主体的远曲柄侧，所述油道和所述调节腔均设置于所述平衡主体中，所述连通口设置于所述边缘块中。
7.可选的，沿所述配重块所在平面，所述油道与所述调节腔并排设置，所述连通口的长度大于所述调节腔的长度，当所述边缘块与所述平衡主体装配后，所述连通口与所述油道和所述调节腔均连通；所述平衡主体的其中一侧面上设置有与所述调节腔连通的泄油孔。
8.可选的，所述配重块为柱体，所述调节腔的形状与所述柱体相匹配，所述柱体与所述调节腔过渡配合或间隙配合。
9.可选的，所述弹性元件为弹簧，所述平衡主体内部设置有与所述调节腔连通的安装腔，所述弹性元件的其中一端固定于所述安装腔中、另一端作用于所述配重块。
10.可选的，所述配重块内部设置有贯通的导流通道，所述导流通道的两端开口分别与所述连通口和所述调节腔连通。
11.基于同样的发明构思，本发明还对应提供一种曲轴，包括主轴颈、连杆轴颈、前端轴、后端轴以及2个以上曲柄组件，至少一个所述曲柄组件为上述的减振曲柄组件。
12.基于同样的发明构思，本发明还对应提供一种发动机，包括上述的曲轴。
13.基于同样的发明构思，本发明还对应提供一种车辆，包括上述的发动机。
14.可选的，所述发动机横置于所述车辆中。
15.由上述技术方案可知，本发明提供的减振曲柄组件，包括曲柄、平衡块、配重块和弹性元件，本发明改进了平衡块的结构，在平衡块内部设置油道、连通口和调节腔，油道与调节腔通过连通口相连通，且连通口位于调节腔的远曲柄侧。配重块和弹性元件均设置于调节腔中，且配重块与调节腔滑动配合，使得配重块能够在调节腔中自由滑动，弹性元件位于配重块的近曲柄侧，配重块的远曲柄侧靠近连通口。由此，在曲轴转动时曲柄组件承受的离心力方向上，弹性元件和油道中的油液分别作用于配重块的两侧，且弹性元件作用于配重块内侧(即近曲柄侧)，油液作用于配重块外侧(即远曲柄侧)，当曲轴工作时，配重块在弹性元件的弹性力、油液的压力以及离心力的共同作用下在调节腔中滑动，实现“变过量平衡率”。
16.结合目前车辆动力总成悬置系统设计，在x方向(车辆长度方向，一般由车头指向车尾，下同)有较好的吸振能力，若将较大的惯性力放在x方向，则可实现座椅导轨三向振动最小，因此怠速时应设计较大的过量平衡率；而在发动机加速时，悬置x方向位移较大，若继续将较大的惯性力放在x方向，会影响悬置刚度，即吸振能力，因此在发动机加速时，需要减小x向的惯性力以减小悬置x方向位移，即加速时实现稍小的过量平衡率。
17.当将本发明的上述减振曲柄组件应用于整车时，发动机怠速状态下，转速较低，曲轴中由油泵产生的油压较小，此时弹性元件的弹性力大于油压作用，配重块在弹性力和离心力的共同作用下离心向外(远离曲柄的方向，下同)运动，使得离心力变大，等效为过量平衡率变大，使得怠速时，发动机振动减小，车辆座椅导轨三向振动较小；发动机加速时，转速增大，曲轴中由油泵产生的油压较大，油压大于弹性元件的弹性力和向心力作用，配重块向心向内(靠近曲柄的方向，下同)运动，使得过量平衡率减小，发动机振动减小，减小座椅导轨三向振动。
18.与现有技术相比，本发明提供的减振曲柄组件具有如下优点：
19.1、本发明提供的减振曲柄组件，通过在曲柄组件中设置可以向心或离心滑动的配重块，能够在曲轴整体质量不变的情况下，实现“变过量平衡率”。
20.2、本发明提供的减振曲柄组件，弹性元件作用于配重块内侧(即近曲柄侧)，油液作用于配重块外侧(即远曲柄侧)，基于发动机工况不同油压对应不同，可在不同工况下对曲轴实现“变过量平衡率”，减小发动机振动，实现座椅导轨三向振动最小，提升驾乘人员舒适性。
21.3、本发明提供的减振曲柄组件，配重块在弹性元件的弹性力、油液的压力以及离心力的共同作用下在调节腔中滑动，实现“变过量平衡率”，该设计中无主动控制单元，能够降低实施成本。
附图说明
22.图1为本发明实施例1中减振曲柄组件的结构示意图。
23.图2为本发明实施例1中减振曲柄组件的爆炸结构图。
24.图3为图1的侧视图。
25.图4为图3的b
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b旋转剖面图。
26.图5为发动机曲轴轴承座油压曲线图。
27.图6为本发明实施例2中减振曲柄组件的配重块的内部结构图。
28.图7为本发明实施例3中减振曲柄组件的配重块的结构示意图。
29.图8为本发明实施例3中减振曲柄组件的配重块的内部结构图。
30.图9为本发明实施例4中曲轴的结构示意图。
31.附图标记说明：1
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曲柄；2
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平衡块；3
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平衡主体，31
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调节腔，32
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安装腔；4
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边缘块，41
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连通口；5
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配重块，51
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弹簧槽，52
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导流通道，521
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主通道，522
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子通道；6
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弹性元件；7
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油道；8
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螺钉；10
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减振曲柄组件；20
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主轴颈，21
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油孔；30
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连杆轴径；40
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前端轴；50
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后端轴。
具体实施方式
32.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。
33.为了解决相关技术所存在的配重恒定，无法实现“变过量平衡率”的技术问题，本发明提供一种减振曲柄组件，以及具有该减振曲柄组件的曲轴、发动机以及车辆。本发明的基本发明构思如下：
34.一种减振曲柄组件，包括曲柄、平衡块、配重块和弹性元件，其中：平衡块设置在曲柄上，平衡块内部设置有油道、连通口和调节腔，油道与调节腔通过连通口相连通，且连通口位于调节腔的远曲柄侧；配重块和弹性元件均设置于调节腔中，且配重块与调节腔滑动配合，弹性元件位于配重块的近曲柄侧，配重块的远曲柄侧靠近连通口。
35.本发明的减振曲柄组件是基于“过量平衡法”设计的，即在平衡旋转惯性力的平衡块m
p
上多加一部分平衡质量εm
j
，使其产生过量的离心力εc(0＜ε＜1)。ε称为过量平衡率，它使一阶往复惯性力得到部分平衡，一般ε＝0.3～0.5。过量平衡法实质上是一阶惯性力的转移法，即把一阶惯性力的一部分转移到与气缸轴向垂直的平面内。至于转移数量的大小，根据垂直与水平两个方向的刚度或吸振能力而定。一般总是希望将较大的惯性力放在发动机刚度较大的方向或吸振能力较好的方向。过量平衡法中的“过量”是针对已经得到平衡的离心力而言的，因为实在已经平衡了离心力的平衡块上多加了一部分平衡质量来平衡往复惯性力。又因为只平衡了部分惯性力，所以也称为部分平衡法。当ε＝0.5时，称为半平衡法。随着内燃机转速的提高，对于小功率发动机，ε目前有取较小值(ε＝0.15～0.2)的趋势。
36.本发明通过在曲柄组件中设置可以向心或离心滑动的配重块，在曲轴转动时曲柄组件承受的离心力方向上，弹性元件和油道中的油液分别作用于配重块的两侧，且弹性元件作用于配重块内侧(即近曲柄侧)，油液作用于配重块外侧(即远曲柄侧)，当曲轴工作时，配重块在弹性元件的弹性力、油液的压力以及离心力的共同作用下在调节腔中滑动，实现“变过量平衡率”。且是在不同工况下对曲轴实现“变过量平衡率”，减小发动机振动，实现座椅导轨三向振动最小，提升驾乘人员舒适性。
37.下面通过具体实施方式对本发明的内容进行详细介绍：
38.实施例1：
39.本实施例提供一种减振曲柄组件10，其结构如图1和图2所示，包括曲柄1、平衡块
2、配重块5和弹性元件6，曲柄1和平衡块2是曲轴中的常见构件，本实施例中曲柄1和平衡块2以现有公开的常规装配形式进行装配，曲柄1和平衡块2可以为一体式结构或者分体式结构，曲柄1用于连接主轴颈20与连杆轴径30，平衡块2设置在曲柄1上，一般的，平衡块2与曲柄1设计为共面，平衡块2与曲柄1的交界处设置主轴颈20。曲柄1和平衡块2的外型结构同样参照现有技术的相关公开，此处不做展开说明。
40.本发明改进了平衡块2的内部结构，平衡块2内部设置有油道7、连通口41和调节腔31，油道7与调节腔31通过连通口41相连通，且连通口41位于调节腔31的远曲柄侧；配重块5和弹性元件6均设置于调节腔31中，且配重块5与调节腔31滑动配合，弹性元件6位于配重块5的近曲柄侧，配重块5的远曲柄侧靠近连通口41。油道7的入口与主轴颈20上的油孔21连通，平衡块2的其中一侧面上设置有与调节腔31连通的泄油孔，用于油液排出。
41.在一种实施例中，调节腔31可以是一侧敞开的腔体，通过盖板封闭腔体的开口形成调节腔31；在另一种实施例中，调节腔31可以是两个构件拼接后形成的腔体。调节腔31的腔体形状可以采用现有任一结构，满足配重块5能够在调节腔31中滑动这一要求即可。弹性元件6的形状、选材本发明均不作限制，能够为配重块5提供弹性力即可。
42.具体的，参见图3和图4，本实施例中，平衡块2包括平衡主体3和边缘块4，边缘块4可拆卸地安装于平衡主体3的远曲柄侧，油道7和调节腔31均设置于平衡主体3中，连通口41设置于边缘块4中。考虑到方便拆装，本实施例中边缘块4通过两个螺钉8固定安装于平衡主体3的远曲柄侧，如图4所示。当然，在其他实施例中，也可将边缘块4与平衡主体3焊接固定。
43.由于本实施例中平衡块2采用分体式结构，因此在设计内部油道7时，若将油道7同时设置在平衡主体3和边缘块4上，则还需要考虑油道7的对中与密封。为了降低可能存在的风险，本实施例中油道7仅设置在平衡主体3中，连通口41同时与油道7和调节腔31连通，从而实现油道7与调节腔31的连通。
44.作为本实施例的具体实现方式，沿配重块5所在平面，具体是沿x方向，油道7与调节腔31并排设置，则油道7与调节腔31在平衡主体3的外端面上均具有开口，且两个开口并排设置，连通口41的长度大于调节腔31的长度，更为具体的是连通口41的x方向长度大于调节腔31的x方向长度，并且还要不小于油道7与调节腔31的两个开口之间的最大间距，使得在边缘块4与平衡主体3装配后，连通口41能够与油道7和调节腔31均连通。
45.为了保证配重块5在调节腔31中能够始终沿xoz平面(z向指汽车高度方向)移动，需要设计导向结构。本实施例中配重块5为柱体，调节腔31的形状与柱体相匹配，柱体与调节腔31过渡配合或间隙配合，由于调节腔31中流通有油液，通过柱体与调节腔31的形位配合公差可以实现导向作用。
46.为了进一步稳定配重块5的滑动方向，本实施例中，弹性元件6采用弹簧，具体是最为常见的螺旋管式的线弹簧，平衡主体3内部设置有与调节腔31连通的安装腔，弹簧的其中一端固定于安装腔中、另一端作用于配重块5。更为具体的，参见图2，配重块5上开设有一个弹簧腔51，弹簧的两端分别伸入安装腔与弹簧腔51中，且弹簧与安装腔和弹簧腔51之间均采用间隙配合。在其他实施例中，还可在配重块5上设置一根导柱，弹簧套装在导柱上，导柱的直径小于安装腔，在实现连接的同时起到导向的作用。
47.本实施例提供的减振曲柄组件10在工作时，可利用曲轴工作所需的机油提供油压，也可另外通入油液作为驱动油。以机油为例，机油通过机油泵泵至曲轴轴颈，通过油道7
进入平衡块2中，到达平衡块2底部的连通孔中，油压施加在配重块5上，推动配重块5移动，机油可通过配重块5与调节腔31之间的间隙及泄油孔排出。
48.某量产发动机曲轴轴承座油压曲线如图6所示，从图中可以明显看出，发动机低转速油压较低，高转速油压较高。发动机怠速状态下，转速较低，曲轴中由油泵产生的油压较小，此时弹性元件6的弹性力大于油压作用，配重块5在弹性力和离心力的共同作用下离心向外(远离曲柄1的方向，下同)运动，使得离心力变大，等效为过量平衡率变大，使得怠速时，发动机振动减小，车辆座椅导轨三向振动较小；发动机加速时，转速增大，曲轴中由油泵产生的油压较大，油压大于弹性元件6的弹性力和向心力作用，配重块5向心向内(靠近曲柄1的方向，下同)运动，使得过量平衡率减小，发动机振动减小，减小座椅导轨三向振动。
49.实施例2：
50.基于同样的发明构思，本实施例提供又一种减振曲柄组件10，其结构如图1和图2所示，包括曲柄1、平衡块2、配重块5和弹性元件6，其中：平衡块2设置在曲柄1上，平衡块2内部设置有油道7、连通口41和调节腔31，油道7与调节腔31通过连通口41相连通，且连通口41位于调节腔31的远曲柄侧；配重块5和弹性元件6均设置于调节腔31中，且配重块5与调节腔31滑动配合，弹性元件6位于配重块5的近曲柄侧，配重块5的远曲柄侧靠近连通口41。
51.不同于实施例1的是，本实施例中，配重块5内部设置有贯通的导流通道52，如图6所示，导流通道52与弹簧槽51共同贯通配重块5，并且导流通道52与弹簧槽51分别与连通口41和调节腔31连通，导流通道52辅助油道7中的油液回流，保证轴径处的润滑油量。本实施例中减振曲柄组件10的其他未详述结构均参照实施例1，此处不再赘述。
52.实施例3：
53.基于同样的发明构思，本实施例提供又一种减振曲柄组件10，其结构如图1和图2所示，包括曲柄1、平衡块2、配重块5和弹性元件6，其中：平衡块2设置在曲柄1上，平衡块2内部设置有油道7、连通口41和调节腔31，油道7与调节腔31通过连通口41相连通，且连通口41位于调节腔31的远曲柄侧；配重块5和弹性元件6均设置于调节腔31中，且配重块5与调节腔31滑动配合，弹性元件6位于配重块5的近曲柄侧，配重块5的远曲柄侧靠近连通口41。
54.不同于实施例1的是，本实施例中，配重块5内部设置有贯通的导流通道52，如图7和图8所示，导流通道52的两端开口分别与连通口41和调节腔31连通，具体的，该导流通道52包括主通道521和若干条子通道522，主通道521与连通口41连通，子通道522与调节腔31连通，以在油道7中的油液由连通口41流入导流通道52中时，油液对配重块5施加一朝向曲柄1的推力。在此情况下，配重块5在弹性元件6的弹性力、外部油液的压力、内部油液的推力以及离心力的共同作用下在调节腔31中滑动，实现“变过量平衡率”。同时，导流通道52可以辅助油道7中的油液回流，保证轴径处的润滑油量。
55.导流通道的条子通道522可以为现有任意一种流道结构，例如倾斜油道、弯曲油道等，利用子通道522在配重块5内部的分布使得油液流经导流通道的子通道522时，对配重块5施加一朝向曲柄1的推力。本实施例中减振曲柄组件10的其他未详述结构均参照实施例1，此处不再赘述。
56.实施例4：
57.基于同样的发明构思，本实施例提供一种曲轴，包括主轴颈20、连杆轴颈30、前端轴40、后端轴50以及2个以上曲柄组件。本实施例提供的曲轴可以是现有任一种曲轴，例如
三缸曲轴，四缸曲轴等。本实施例的曲轴与现有技术的区别在于，该曲轴中的至少一个曲柄组件为上述实施例1、实施例2或者实施例3的减振曲柄组件10。本实施例未改进曲轴的整体结构，因此本实施例中有关曲轴的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，具体内容此处不做展开说明。
58.以三缸发动机的曲轴为例，参见图9，该曲轴中带有配重块5的曲柄1均采用上述实施例1的减振曲柄组件10，机油通过机油泵泵至曲轴主轴颈20，然后进入配重块的油道，由于发动机机油在发动机低转速油压较低，高转速油压较高，如图5所示，因此能够在曲轴整体质量不变的情况下，实现“变过量平衡率”；并且在不同的工况下，通过实现曲轴“变过量平衡率”，减小发动机振动，进而减小座椅导轨振动，提升车辆驾乘人员舒适性。
59.实施例5：
60.基于同样的发明构思，本实施例提供一种发动机，该发动机包括上述实施例4的曲轴。即该发动机的曲轴中，至少一个曲柄组件为上述实施例1、实施例2或者实施例3的减振曲柄组件10。由于配置了上述实施例1、实施例2或者实施例3的减振曲柄组件10，因此本实施例的发动机相应的具有上述实施例1、实施例2或者实施例3的减振曲柄组件10的技术效果，能够在曲轴整体质量不变的情况下，实现“变过量平衡率”。
61.由于本发明的减振曲柄组件10，配重块5在弹性元件6的弹性力、油液的压力以及离心力的共同作用下在调节腔31中滑动，实现“变过量平衡率”，该设计中无主动控制单元，因此外观上与同型号的普通曲轴无异，在发动机中应用时也不需要改进发动机的结构。故而本实施例中发动机的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，具体内容此处不做展开说明。
62.实施例6：
63.基于同样的发明构思，本实施例提供一种车辆，该车辆包括上述实施例5的发动机。即该车辆的发动机的曲轴中，至少一个曲柄组件为上述实施例1、实施例2或者实施例3的减振曲柄组件10。由于配置了上述实施例1、实施例2或者实施例3的减振曲柄组件10，因此本实施例的车辆相应的具有上述实施例1、实施例2或者实施例3的减振曲柄组件10的技术效果，能够在曲轴整体质量不变的情况下，实现“变过量平衡率”。该车辆可以是现有任一种燃油车，不限于普通家轿、货车、客车等。当然，该车辆也可采用油气混动的车辆。本实施例中车辆的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，具体内容此处不做展开说明。
64.为了最大限度提高本发明减振曲柄组件的技术效果，在该车辆中，发动机横置于车辆的发动机舱中，即放在整车坐标系中，曲轴是沿y轴方向设置的，曲柄以及配重块都是在xoz平面中绕主轴颈做定轴转动，产生的离心力也是x方向或者z方向的。结合动力总成悬置系统设计，在x方向有较好的吸振能力，因此希望将较大的惯性力放在x方向，所以怠速时实现较大的过量平衡率；而在发动机加速时，悬置x方向位移较大，若继续将较大的惯性力放在x方向，会影响悬置刚度，即吸振能力，因此在发动机加速时，需要减小x向的惯性力以减小悬置x方向位移，即加速时实现稍小的过量平衡率。
65.以三缸发动机为例，三缸发动机怠速时，转速较低，曲轴中由油泵产生的油压较小，弹簧力大于油压作用，配重块离心向外运动，使得离心力变大，等效为过量平衡率变大，使得怠速时，发动机振动减小，座椅导轨三向振动较小；三缸发动机加速时，转速增大，曲轴中由油泵产生的油压较大，油压大于弹簧力作用，配重块向心运动，使得过量平衡率减小，
发动机振动减小，减小座椅导轨三向振动。
66.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
67.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。