活塞发动机曲轴的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于活塞发动机的曲轴的系统和方法。提供了用于活塞内燃发动机的曲轴的设计和制造的方法和系统。在一个示例中，曲轴包括曲轴弯程，该曲轴弯程包括曲柄销和曲柄臂。曲柄臂在曲柄销的区域中相对于与所述曲轴的旋转轴线和所述曲柄销的中心轴线交叉的平面非对称形成，使得所述曲轴弯程的抗断强度以不同于曲柄销所连接的活塞的上止点位置的曲轴旋转角度增加，且活塞以该曲轴旋转角度将最高燃烧引发力作用在所述曲柄销上。

System and method for crankshaft of piston engine

The present invention relates to a system and method for a crankshaft of a piston engine. A method and system for the design and manufacture of a crankshaft for a piston internal combustion engine are provided. In one example, the crankshaft includes a crankshaft bend that includes a crank pin and a crank arm. The crank arm plane asymmetric cross axis and axis of rotation of the crankshaft and the crank pin is formed in the region relative to the crank pin, so that the crankshaft bending process of anti fracture strength with different piston connected to the crank pins on the stop position of the crankshaft rotation angle increases, and the piston to the crankshaft rotation angle will cause the highest combustion force acting on the crank pin.

【技术实现步骤摘要】
活塞发动机曲轴的系统和方法相关申请的交叉引用本专利技术要求2016年2月1日提交的德国专利申请为102016201469.2的优先权。上述申请的全部内容通过参考方式将其全文并入本文中，用于所有目的。
当前专利技术涉及用于活塞式内燃发动机或者活塞发动机的曲轴的设计和结构。
技术介绍
曲轴的曲柄臂通常形成为相对于纵向中心轴线对称，该纵向中心轴线与曲轴的旋转轴线相交，由于副轴的质量平衡必须补偿连杆、轴承、轴颈的旋转及平移部分，且这种质量平衡仅当所涉及质量的重心为已知时才可计算。当在操作期间发生的离心力完美地对称作用于由两个曲柄臂、两个配重、两个主轴承和曲柄销所构成的单个曲轴部上时，需要对称的曲柄臂。然而，本专利技术的专利技术者已经意识到对称曲柄臂的潜在问题。如一个示例，燃烧气压不会对称作用在曲柄臂上，因为其通常对活塞、连杆和曲柄销施加最大的力，就在上止点之后。特别地，喷射至气缸的混合物会在一定延迟下燃烧，且最高的气压接近所谓的CA50点出现，这表示喷射燃料的约50％的量已在气缸中燃烧所处的曲轴旋转角度。在活塞的上止点之后，CA50点可以落入从约10°到15°的范围中，或甚至高达30°。
技术实现思路
在一个示例中，上述问题可以至少部分地通过活塞内燃发动机的曲轴解决，该曲轴包括曲轴弯程(throw)，该曲轴弯程包括的曲柄臂(crankwebs)在曲柄销的区域中相对于与曲轴的旋转轴线和曲柄销的中心轴线相交的平面非对称形成，使得曲轴弯程的抗断强度(breakingstrength)以不同于上止点的曲轴旋转角度增加，且最高燃烧引发力以所述曲轴旋转角度作用在所述曲柄销上。通过构建非对称的曲柄臂，曲轴与具有对称曲柄臂的更大或者相同固有重量的曲轴相比能承受相同或者更大的加载。在另一个示例中，生产曲轴的方法包括，生成第一曲轴设计，该设计包括具有对称形成的曲柄臂的曲轴；确定当驱动曲柄臂旋转的活塞在曲柄臂上施加最大力时发生的在曲柄臂中的负荷分配；基于第一曲轴设计和曲柄臂中负荷的分配，生成第二曲轴设计，其中，最大力处加载更大的曲柄臂的点通过添加曲柄臂材料而增强；及基于第二曲轴设计制造曲轴。在又一个示例中，内燃发动机的曲柄臂包括曲柄销、以及连接到曲柄销的第一曲柄臂，曲柄臂的质心从曲柄臂的中心轴线偏移，且其中，比起曲柄臂的尾部旋转边缘和底部，质心更靠近曲柄臂前旋转边缘以及顶部。应理解，提供以上
技术实现思路
是为了以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。并不意图识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上文提到的或在本公开的任何部分中的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出根据本专利技术实施方式的示例发动机系统的示意图。图2示出根据本专利技术实施方式的发动机系统(如，图1中的发动机系统)的示例曲轴的前等距视图。图3示出根据本专利技术的实施方式的图2中的示例曲轴的侧等距视图，其包括具有非对称质量分配的曲柄臂。图4示出根据本专利技术的实施方式的图3中示例曲轴的前等距视图。图5示出根据本专利技术实施方式的用于设计和制造曲轴(如，图2-4的示例曲轴)的示例方法的流程图。具体实施方式以下的记载涉及构建内燃发动机的曲轴的系统和方法。示例的内燃发动机系统在图1中示出。曲轴(其示例在图2-4示出)包括连接曲柄销到曲轴的主轴承轴颈的曲柄臂。特别地，曲柄销和两个连接臂的组合通常被称为曲轴弯程。曲轴可包括一个或多个曲轴弯程，这取决于内燃发动机的气缸的数量，其中每个曲轴弯程的曲柄销例如通过连杆被连接到内燃发动机的往复活塞。因此，每个曲轴弯程可包括曲柄销和两个连接臂，其中，两个连接臂在偏离主轴承轴颈及曲轴的中心轴线的位置处连接曲柄销到曲轴的主轴承轴颈。即，曲柄销不会与曲轴的主轴承轴颈共享中心轴线。然而，通过连接到曲柄臂提供的主轴承轴颈，曲柄销确实绕着与主轴承轴颈相同的中心旋转轴线而转圈。因此，每个曲柄销被往复活塞驱动，并且随着每个活塞在上止点(TDC)和下止点(BDC)之间往复运动，曲柄销绕着曲轴的中心轴线转圈，从而驱动主轴承轴颈的旋转，并由此将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。然而，通过燃烧内燃发动机的气缸中的气体所提供的峰值力直到活塞达到TDC之后才会发生。因此，通过燃烧气体输出的最大力可以在做功冲程期间发生，同时活塞位于TDC和BDC之间，并且朝向BDC并远离TDC而往复。因此，如图2-4的示例所示，曲柄臂可以被构建为使得曲柄臂的质量分配相对于曲柄臂中心轴线来说是非对称的(朝向曲柄臂一侧上的受重比另一侧更重(moreheavilyweighted))。以此方式，当燃烧室中气体燃烧将它们最大的力施加到曲柄销时，例如，在TDC之后的10°到30°之间，具有非对称曲柄臂的曲轴可比包括对称曲柄臂的曲轴承受来自驱动活塞的更大的力。如此，相对于包括对称曲柄臂的曲轴，曲轴的耐久性和寿命可增加。如图5中示例方法所述，曲柄臂可以设计为使得它们的质量分配不对称。即，曲柄臂可以设计并制造为使得它们朝向前缘受重更重，使得它们的质心偏离曲柄臂的中心轴线。参考图1，示出了示意图，其示出多气缸发动机10的一个气缸，该气缸被包括在汽车推进系统中。发动机10可至少部分通过包括控制器20的控制系统以及通过车辆操作者132经由输入装置130的输入而控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和踏板位置传感器134，以生产成比例的踏板位置信号PP。发动机10的燃烧室(即，气缸)71可包括活塞76定位在其中的燃烧室壁72。活塞76可连接曲轴80，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴80可经由中间变速器系统连接到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机可经由飞轮连接到曲轴80，以使发动机10开始操作。活塞76可以连接到被包括在曲轴80内的曲柄销，并可驱动曲柄销绕着曲轴80的中心轴线转圈，如参考图2在下文更详细描述的。因此，活塞76对曲柄销施加力。曲柄销继而绕着曲轴的主轴颈，并将活塞76的往复运动转化为曲轴80的旋转运动。燃烧室71可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气空气，并经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够选择性地与燃烧室71经由各个进气门52和排气门54连通。在一些实施方式中，燃烧室71包括可两个或多个进气门和/或两个或多个排气门。在这个示例中，进气门52和排气门54可经由各自的凸轮致动系统51和53而通过凸轮致动控制。凸轮致动系统51和53每个都可包括一个或多个凸轮，并可利用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个，这些系统可通过控制器20操作以改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可以分别通过位置传感器55和57确定。在替换的实施方式中，进气门52和/或排气门54可由电气门致动控制。例如，气缸71可替换地包括经由电气门致动控制的进气门以及经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。燃料喷射器66被示为以这样的配置被设置在进气歧管44中：该配置提供了被称之为至燃烧室71上游的进气道的燃料的进气道喷射。燃料喷射器66可与信号FPW的脉冲宽度成比例地喷射燃料，该信号经由电子驱动器68从控制器20接收。燃料可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于活塞内燃发动机的曲轴，包括：曲轴弯程，所述曲轴弯程包括在曲柄销的区域中相对于与所述曲轴的旋转轴线和所述曲柄销的中心轴线交叉的平面非对称形成的曲柄臂，使得所述曲轴弯程的抗断强度以不同于上止点的曲轴旋转角度增加，且最高燃烧引发力以所述曲轴旋转角度作用在所述曲柄销上。

【技术特征摘要】
2016.02.01 DE 102016201469.21.一种用于活塞内燃发动机的曲轴，包括：曲轴弯程，所述曲轴弯程包括在曲柄销的区域中相对于与所述曲轴的旋转轴线和所述曲柄销的中心轴线交叉的平面非对称形成的曲柄臂，使得所述曲轴弯程的抗断强度以不同于上止点的曲轴旋转角度增加，且最高燃烧引发力以所述曲轴旋转角度作用在所述曲柄销上。2.根据权利要求1所述的曲轴，其中所述最高燃烧引发力处的所述曲轴弯程的抗断强度高于具有利用相同量材料对称形成的曲柄臂的对应曲轴弯程的抗断强度。3.根据权利要求1所述的曲轴，其中所述曲柄臂的非对称在于相对于穿过所述曲轴的所述旋转轴线和所述曲柄销的所述中心轴线的平面从镜像对称的几何偏差。4.根据权利要求1所述的曲轴，其中所述曲轴弯程以强度增强方式非对称形成的所述旋转角度对应于喷射至包括连接于所述曲柄销的活塞的燃烧室中的约50％量的燃料已经被燃烧且最大燃烧气体压力作用于所述活塞所处的旋转角度。5.根据权利要求1所述的曲轴，其中所述曲轴弯程以强度增强方式非对称形成的所述旋转角度在于上止点活塞位置后的从约10°到30°的范围。6.一种用于生产曲轴的方法，包括：生成第一曲轴设计，其包括具有对称形成曲柄臂的曲轴；确定当驱动所述曲柄臂旋转的活塞在所述曲柄臂上施加最大力时发生的在所述曲柄臂中的负荷的分配；基于所述第一曲轴设计以及所述曲柄臂中的所述负荷分配生成第二曲轴设计，其中，在所述最大力处加载更多的所述曲柄臂的点通过增加曲柄臂材料而增强；及基于所述第二曲轴设计制造所述曲轴。7.根据权利要求6所述的方法，其中生成所述第一曲轴设计，确定所述负荷分配，以及生成所述第二曲轴设计在回路中重复执行，其中所述第二曲轴设计中的所述负荷分配被重新计算。8.根据权利要求6所述的方法，其中在所述最大力处加载较少的所述曲柄臂的点通过移除曲柄臂材料而变弱。9.根据权利要求6所述的方法，其中用于增强的曲柄臂材料的量基本上等于从加载较少的点移除的材料的量。10.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·里斯，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US