發(fā)動機曲軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機中的曲軸。
【背景技術(shù)】
[0002]曲軸在發(fā)動機中用于將旋轉(zhuǎn)能量傳遞至車輛變速器以向車輪提供推進力。在發(fā)動機中提供軸承以支撐曲軸并引導曲軸的旋轉(zhuǎn)。具體地，通常在曲軸中的每個連桿軸頸之間提供耦連至軸承的軸承軸頸。然而，支撐曲軸的軸承在旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生摩擦，從而減小曲軸效率。因此，發(fā)動機效率被減小，并且因而發(fā)動機燃料經(jīng)濟性被減小。
[0003]US 2014/0041618公開了具有減小的軸頸軸承的四汽缸發(fā)動機的曲軸設(shè)計。發(fā)明人已經(jīng)認識到在將方法應用于具有更少汽缸的發(fā)動機時，US 2014/0041618中公開的曲軸設(shè)計具有的若干缺點。例如，在具有3個汽缸的發(fā)動機中移除曲軸軸承可以使曲軸的彎曲增加超過期望水平，從而增加發(fā)動機振動。此外，具有奇數(shù)個汽缸的發(fā)動機(諸如3汽缸發(fā)動機)通常具有偶數(shù)個軸承和對應的軸承軸頸。因而，在曲軸中移除單個軸承和軸承軸頸使得軸承布置關(guān)于縱向方向不對稱。軸承和對應的軸承軸頸的不對稱分布不適當?shù)卦黾訜o支撐部分的彎曲，這又會導致增加的發(fā)動機振動和減小的曲軸和軸承壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決上述問題。因此，在一種方法中，提供在發(fā)動機中的曲軸。曲軸包括在發(fā)動機中提供的曲軸。曲軸包括:僅兩個外部軸承軸頸，其被配置成附連至兩個外部曲軸軸承；僅單個內(nèi)部軸承軸頸，其被軸向定位在兩個外部軸承軸頸之間并且被配置成附連至內(nèi)部曲軸軸承；無支撐部分，其被軸向定位在外部軸承軸頸中的一個和內(nèi)部軸承軸頸之間；和僅三個連桿軸頸，每個被配置成附連至單獨的活塞連桿。相比于包括四個軸承軸頸和對應的曲軸軸承的三汽缸發(fā)動機的先前曲軸，提供具有僅三個軸承軸頸和三個連桿軸頸的曲軸能夠使曲軸摩擦減小。因此，燃料經(jīng)濟性得到提高。此外，使用僅三個軸承軸頸能夠使發(fā)動機的成本減小，這是因為除去曲軸軸承和對應的零件。此外，當在發(fā)動機中除去曲軸軸承和對應的零件時，發(fā)動機的質(zhì)量能夠被減小。
[0005]在一個示例中，無支撐部分和內(nèi)部軸承軸頸從曲軸的縱向中心線偏移。以此方式，當移除曲軸中的軸承軸頸時，發(fā)動機中的汽缸的間隔可以維持在期望距離。
[0006]在一個示例中，無支撐部分具有比軸承軸頸更大的直徑。因此，曲軸彎曲、扭轉(zhuǎn)和疲勞被減小以提供期望的曲軸旋轉(zhuǎn)特性。具體地，無支撐部分的增加的直徑使曲軸在可能特別容易彎曲的期望區(qū)域中的剛度增加。
[0007]另外，在一個示例中，三個連桿軸頸中的兩個被軸向定位在外部軸承軸頸中的一個和單個內(nèi)部軸承軸頸之間，并且連桿軸頸中的一個被軸向定位在單個內(nèi)部軸承軸頸和另一個外部軸承軸頸之間。當單獨或與附圖相結(jié)合時，根據(jù)下面的【具體實施方式】，本說明書的上述優(yōu)點和其它優(yōu)點以及特征將是顯而易見的。
[0008]應當理解，提供上述
【發(fā)明內(nèi)容】
，以簡化的形式介紹一系列構(gòu)思，這些構(gòu)思將被進一步描述在【具體實施方式】中。這并不意味著確定所要求保護的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護的主題的范圍被隨附的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。此外，發(fā)明人在此已經(jīng)認識到上述問題，并且上述問題不被認為是已知的。
【附圖說明】
[0009]圖1示出包括曲軸的發(fā)動機的示意性描繪。
[0010]圖2示出示例曲軸的圖示說明。
[0011]圖3示出圖2中示出的曲軸的另一個圖示說明，其中描繪曲軸中的連桿軸頸之間的角間距。
[0012]圖4示出曲軸的操作方法。
【具體實施方式】
[0013]本文描述具有僅三個軸承軸頸和三個軸頸銷的曲軸。定位在軸承軸頸中的兩個之間的內(nèi)部軸承軸頸可以從曲軸的縱向中心線偏移，并且曲軸可以進一步包括定位在內(nèi)部軸承軸頸和外部軸承軸頸之間的無支撐部分。無支撐部分本質(zhì)上能夠?qū)崿F(xiàn)軸承從發(fā)動機組件中移除。在一個示例中，無支撐部分的直徑可以大于軸承軸頸的直徑。無支撐部分的較大的直徑能夠?qū)崿F(xiàn)增加該部分的結(jié)構(gòu)完整性以在旋轉(zhuǎn)期間減小曲軸彎曲。具體地，無支撐部分的較大的直徑使曲軸能夠?qū)崿F(xiàn)期望的曲軸彎曲、扭轉(zhuǎn)和疲勞特性。因此，無支撐部分的直徑的增加使曲軸彎曲、扭轉(zhuǎn)和疲勞減小。應當認識到，當具有以上特性的曲軸被利用時，曲軸組件中的摩擦減小，從而增加發(fā)動機效率和燃料經(jīng)濟性。此外，當具有以上特性的曲軸被用在發(fā)動機中時，必要時發(fā)動機中部件的數(shù)量可以被減小，從而減小發(fā)動機的制造成本。
[0014]現(xiàn)參考圖1，其示出包括在車輛100中的示例發(fā)動機10。因此，在一個示例中，發(fā)動機10可以為機動車提供驅(qū)動系統(tǒng)。可以至少部分通過包括發(fā)動機控制器12的控制系統(tǒng)并且通過經(jīng)由輸入設(shè)備132來自車輛操作者130的輸入來控制發(fā)動機10。在該示例中，輸入設(shè)備132包括加速器踏板和用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。應當認識到，發(fā)動機控制器12可以包括存儲在存儲器中可由處理器執(zhí)行的指令。
[0015]發(fā)動機10可以包括多個汽缸20。發(fā)動機10可以被配置成在汽缸20中實施燃燒操作，諸如四沖程燃燒循環(huán)。具體地，在所描述的示例中，發(fā)動機包括三個汽缸。汽缸20以直列配置布置。即，平面延伸通過每個汽缸的中心軸線21。汽缸蓋26耦連至汽缸體28以形成汽缸20。儲油罐30 (例如，油盤)可以耦連至汽缸體28。汽缸體28和儲油罐30的部分形成包圍曲軸34的曲軸箱32的邊界。汽缸20包括按順序布置的第一汽缸50、第二汽缸52和第三汽缸53。因而，存在兩個外部汽缸(50和53)和一個內(nèi)部汽缸52。汽缸的點火順序可以是第一汽缸50、第二汽缸52和第三汽缸53。
[0016]進氣系統(tǒng)36向汽缸20提供進氣空氣。同樣地，排氣系統(tǒng)38接收來自汽缸20的排氣。進氣系統(tǒng)36可以包括用于以期望速率將進氣空氣輸送至汽缸的各種部件(未示出)，諸如過濾器、節(jié)氣門、進氣管道、進氣歧管、耦連至汽缸的進氣門等。附加地，排氣系統(tǒng)38包括用于接收來自發(fā)動機的排氣的各種部件(未示出)，諸如排氣歧管、耦連至汽缸的排氣門、排氣管道、排放控制設(shè)備(例如，過濾器催化劑)等。
[0017]汽缸20中的每個包括設(shè)置在其中的活塞40。存在兩個外部活塞42和一個內(nèi)部活塞44?；钊?0經(jīng)由通過箭頭46指示的活塞連桿耦連至曲軸34。曲軸軸承48旋轉(zhuǎn)地耦連至曲軸34以支撐曲軸并引導曲軸34的旋轉(zhuǎn)。應當認識到，曲軸軸承48可以包括用于實現(xiàn)上述功能的各種部件，諸如內(nèi)座圈(inner race)、外座圈(outer race)、滾柱元件等。具體地，在兩個外部曲軸軸承55之間軸向定位有內(nèi)部曲軸軸承57。如圖所示，內(nèi)部曲軸軸承57可以沿軸向方向從曲軸34的中心線54偏移。應當認識到，中心線54是曲軸34的第一端56和曲軸的第二端58之間的中點。曲軸軸承48可以耦連至曲軸箱32中的部件。
[0018]曲軸34的第一端56可以耦連至發(fā)動機中鄰近前發(fā)動機蓋的部件。此外，曲軸34的第二端58可以耦連至發(fā)動機10的變速器62中的飛輪60。變速器62包括耦連至飛輪60的齒輪66，經(jīng)由箭頭68指示。具體地，曲軸34可以包括飛輪附連接口 64，用于使曲軸附連至飛輪。
[0019]曲軸34進一步包括耦連至活塞連桿46的連桿軸頸70。此外，曲軸34包括軸承軸頸72。軸承軸頸72被配置成附連至曲軸軸承48。具體地，曲軸中包括有兩個外部軸承軸頸和內(nèi)部軸承軸頸。本文關(guān)于圖2更詳細討論軸承軸頸。曲軸進一步包括定位在連桿軸頸70中的兩個連桿軸頸之間的無支撐部分74。無支撐部分74不具有與其耦連的曲軸軸承，并且因而不能由外部部件直接支撐。本文關(guān)于圖2還更詳細討論無支撐部分。
[0020]應當認識到，發(fā)動機10中的曲軸34和其它部件被示意性描述在圖1中以幫助理解發(fā)動機布局。然而，曲軸34和其它部件可以具有較大的幾何復雜性和額外部件，諸如軸承軸頸、連桿軸頸、平衡重等，其被更詳細描述在本文中。
[0021]圖2示出示例曲軸200的透視圖。曲軸200可以是圖1中示出的曲軸34的示例并且因而可以被包括在圖1中示出的發(fā)動機10中。如圖2所示，曲軸200包括三個軸承軸頸202和三個曲軸銷204。具體地，第一外部軸承軸頸206、第二外部軸承軸頸208和內(nèi)部軸承軸頸210被包括在曲軸200中。內(nèi)部軸承軸頸210被軸向地定位在外部軸承軸頸(206和208)之間。曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線209被提供用于參考。內(nèi)部軸承軸頸210沿軸向方向從曲軸200的中心線212偏離。中心線212是曲軸的第一端214和曲軸的第二端216之間的中點。如先前所討論的，第一端214可以耦連至發(fā)動機鄰近前發(fā)動機蓋(未示出)的部分，并且曲軸200的第二端216包括飛輪附連接口 218，該飛輪附連接口 218被配置成附連至飛輪，諸如圖1中示出的飛輪60。因此，曲軸的端部被定位成鄰近飛輪。飛輪附連接口可以包括開口，該開口被配置成接納附連設(shè)備，諸如用于使曲軸耦連至飛輪的螺栓。
[0022]在兩個外部連桿軸頸之間軸向定位有兩個外部連桿軸頸220和一個內(nèi)部連桿軸頸222。因此，存在三個連桿軸頸。在所描述的示例中，曲軸200僅包括3個連桿軸頸。連桿軸頸(220和222)中的每個可以被耦連(例如，直接耦連)至活塞連桿，諸如圖1中所示的活塞連桿46?；钊B桿又被耦連至設(shè)置在汽缸中的活塞。應當認識到，在曲軸的旋轉(zhuǎn)期間，連桿軸頸(220和222)引導活塞連桿的旋轉(zhuǎn)以使活塞在汽缸中按往復運動移動。
[0023]連桿軸頸(220和222)每個均包括連桿連接部分224。在所描述的示例中，連桿連接部分224是柱形的。此外，連桿軸頸均包括耦連至連桿連接部分224的相對側(cè)的一對臂226。
[0024]曲軸200進一步包括遠離連桿軸頸(220和222)延伸的平衡重227。平衡重227關(guān)于至少一個軸線對稱。平衡重227為連桿軸頸提供平衡力。連桿連接部分224可以均被定位在一對平衡重227 (228)之間。
[0025]曲軸200進一步包括兩個外部軸承軸頸(206和208)。在一個示例中，曲軸箱200可以包括僅兩個外部軸承軸頸。內(nèi)部軸承軸頸210被軸向定位在兩個外部軸承軸頸(206和208)之間。在一個示例中，曲軸可以僅包括單個內(nèi)部軸承軸頸。軸承軸頸(206、208和210