發(fā)動機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機，尤其涉及一種曲軸可相對于其所耦合的飛輪的軸徑向移動的發(fā)動機。
【背景技術】
[0002]目前，在汽車行業(yè)，將節(jié)約燃料最大化和將汽車排放最小化引起了極大的關注。這也激起了開發(fā)具有更少數(shù)量汽缸的小型發(fā)動機的興趣。然而，在傳統(tǒng)發(fā)動機中，如果汽缸數(shù)少于四個，則會造成運行不平穩(wěn)的問題，而且缸的數(shù)量越少，該問題越嚴重。
[0003]在內(nèi)燃發(fā)動機的運作周期內(nèi)，由于輸入至曲軸的旋轉力是不恒定的，因此由動力沖程產(chǎn)生的扭矩也是不斷變化的。例如，在單缸發(fā)動機中，所有的扭矩輸入均在動力沖程期間，而在壓縮，排氣和進氣沖程期間，曲軸需要來自飛輪的能量輸入以保持旋轉。因此，在動力沖程期間，存在明顯的“扭矩尖峰”10，如圖1所示。扭矩尖峰的出現(xiàn)意味著發(fā)動機的運行不平穩(wěn)，特別是在發(fā)動機低速運轉時，因為這將造成令人不快的、甚至破壞性的振動。具有四缸或更多汽缸的發(fā)動機，由于這些汽缸被設置在發(fā)動機一個運作周期的不同時間點火，因此只顯示出很小的扭矩尖峰。但相對于具有更少汽缸的發(fā)動機，這種發(fā)動機體積相對較大，消耗的燃料更多，且制造成本更高。因此，需要一個相對簡單且造價不高的方式，用于提高具有少量汽缸的發(fā)動機的運作平穩(wěn)度。
[0004]另外，發(fā)動機在其運作期間可以通過改變壓縮比顯著地節(jié)約燃料。例如，柴油發(fā)動機的壓縮比通常被設置的相對較高，以使其容易啟動。但是，一旦發(fā)動機開始運轉，則需要使用一個不會明顯降低發(fā)動機效率的較低壓縮，這會帶來減小應力，降低排放和減少噪音的好處。在傳統(tǒng)發(fā)動機中，壓縮比是固定的。雖然有些設計也試圖獲得具有變化壓縮比的發(fā)動機，但設計出來的發(fā)動機的系統(tǒng)過于復雜。因此，還需要一個相對簡單且造價不高的方式，用于改變發(fā)動機在運作期間的壓縮比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是發(fā)動機的運行不平穩(wěn)，和壓縮比的不可變。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種發(fā)動機，包括:飛輪，該飛輪繞固定的飛輪軸旋轉；曲軸，該曲軸繞平行于飛輪軸的曲軸的軸旋轉；耦接裝置用于耦接飛輪和曲軸，以使曲軸的旋轉帶動飛輪的旋轉；和曲軸調節(jié)裝置，用于在多個徑向位置之間相對于飛輪軸的徑向移動曲軸的軸。因此，曲軸的軸可在平行于飛輪軸的多個徑向位置之間變化。曲軸調節(jié)裝置可將曲軸的軸設置于特定的位置。徑向位移和徑向位置意味著曲軸的軸徑向偏離飛輪軸。曲軸的軸從一個位置到另一個位置的運動并不是必須為純粹的徑向運動，可能還具有周向分量。耦接裝置可將曲軸直接耦接于飛輪，從而曲軸的旋轉運動被直接傳遞至飛輪。優(yōu)選的是，耦接裝置不具有任何相對于曲軸和飛輪均可運動的部件。
[0007]耦接裝置可配合曲軸的軸相對于飛輪軸的徑向運動，以使得曲軸的軸在被徑向移動的同時依然保持與飛輪的耦接。曲軸調節(jié)裝置可將曲軸的軸設置在與飛輪軸同軸的共軸位置，也可將曲軸的軸設置在偏離飛輪軸的偏離位置。根據(jù)發(fā)動機運行特征的需要，曲軸調節(jié)裝置可將曲軸的軸設置在多個偏離位置的其中之一。
[0008]曲軸調節(jié)裝置可包括至少一可調軸承，該軸承具有軸承環(huán)，曲軸的端部軸頸可旋轉地裝配于該軸承環(huán)內(nèi)，其中，該軸承可繞徑向偏離軸承環(huán)軸的軸承軸旋轉，從而軸承的旋轉可引起曲軸的軸的徑向運動。軸承可包括軸承殼，該軸承殼可為圓筒狀。軸承環(huán)可被裝配于軸承殼內(nèi)的偏心位置上，從而軸承殼可繞軸承殼的中心軸承軸旋轉，因此，軸承也可繞軸承殼的中心軸承軸旋轉。該軸承軸可以可旋轉地偏離飛輪軸。在可調節(jié)軸承的角位置的其中之一,軸承環(huán)軸可與飛輪軸同軸。
[0009]曲軸調節(jié)裝置可包括多個可調軸承，每個可調軸承均具有軸承環(huán)，曲軸的端部軸頸可旋轉地裝配于相應的軸承環(huán)內(nèi)，其中，曲軸調節(jié)裝置可以同步地調節(jié)這些可調軸承轉動，從而使曲軸的軸保持與飛輪軸平行。曲軸調節(jié)裝置還可包括公共臂，該公共臂將多個可調軸承耦接在一起，以使這些可調軸承同步地移動或旋轉。
[0010]曲軸調節(jié)裝置可包括驅動裝置，用于轉動可調軸承。曲軸調節(jié)裝置可包括處理器，用于控制驅動裝置；其中該處理器配置成能夠致使驅動裝置對每個可調軸承的轉動，從而基于發(fā)動機的一個或多個運行參數(shù)調節(jié)曲軸的軸的徑向位置。該一個或多個運行參數(shù)可包括發(fā)動機的速度，其中，當發(fā)動機的速度達到預設閥值時，處理器能夠致使驅動裝置將曲軸的軸與飛輪軸對齊。
[0011]曲軸調節(jié)裝置可沿實質上平行于發(fā)動機的汽缸的軸的方向移動曲軸的軸。曲軸調節(jié)裝置也可沿實質上垂直于發(fā)動機的汽缸的軸的方向移動曲軸的軸。
[0012]耦接裝置可包括固定連接于曲軸的第一部分和固定連接于飛輪的第二部分。第一部分可直接與第二部分接合。第一部分可包括拉桿。第二部分可包括形成于飛輪內(nèi)的開口，該開口可與拉桿配合。拉桿和開口被設置成可相互配合的形狀，從而隨著曲軸的軸偏離飛輪軸，曲軸的旋轉引起的拉桿與開口之間的相對旋轉運動作為飛輪的一轉的第一部分，拉桿與開口之間的相對線性運動作為飛輪的一轉的第二部分。拉桿和開口形狀可被配置成能夠使得一轉的第一部分與發(fā)動機周期內(nèi)的曲軸輸出的扭矩為最大水平時的部分相一致。拉桿和開口形狀可被配置成能夠使得一轉的相對運動為旋轉的部分的長度取決于曲軸的軸與飛輪軸之間的位移。
[0013]本發(fā)明還涉及一種車輛，包括此處所述的發(fā)動機。
【附圖說明】
[0014]圖1是現(xiàn)有單缸發(fā)動機的平均扭矩相對于曲軸位置的曲線圖；
[0015]圖2是現(xiàn)有雙缸發(fā)動機的部分示意圖；
[0016]圖3是依本發(fā)明的一個實施例的雙缸發(fā)動機的部分示意圖；
[0017]圖4a是圖3中的發(fā)動機的可調軸承的端視圖；
[0018]圖4b是圖3中的發(fā)動機的可調軸承的透視圖；
[0019]圖5a是圖4a中的可調軸承位于共軸位置時的示意圖；
[0020]圖5b是圖4a中的可調軸承被旋轉至偏離曲軸的軸時的示意圖；
[0021]圖6是圖3中的發(fā)動機的飛輪的端視圖；
[0022]圖7是圖3中的發(fā)動機的飛輪的另一端視圖；
[0023]圖8是圖3中的發(fā)動機的飛輪的另一端視圖；
[0024]圖9是用于圖3中的發(fā)動機的飛輪和拉桿的替換模式的透視圖；
[0025]圖10a-d是圖9中的飛輪和拉桿的替換模式在一轉的四個不同位置時的示意圖；
[0026]圖1la是當可調軸承被設置在第一位置時，圖3中的發(fā)動機的曲軸，連桿和活塞在一轉期間的兩個不同時間點的示意圖；以及
[0027]圖1lb是當可調軸承被設置在第二位置時，圖3中的發(fā)動機的曲軸，連桿和活塞在一轉期間的兩個不同時間點的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。
[0029]參照圖2，闡釋了傳統(tǒng)雙缸四沖程發(fā)動機的曲軸20和飛輪21，該發(fā)動機的汽缸成直線排列。曲軸20將位于汽缸(未TK出)內(nèi)的活塞產(chǎn)生的動力沖程轉換為旋轉運動并傳遞至飛輪21。曲軸20包括三個軸頸24a，24b和24c。端部軸頸24a和24c通過軸承(未示出)可旋轉地裝配于發(fā)動機殼23內(nèi)。每對相鄰的軸頸之間配置有曲軸銷25，曲軸銷25偏離軸頸一段距離，該距離被稱為曲軸半徑。曲軸銷25通過肋板(webs) 26連接至軸頸24。軸頸，曲軸銷和肋板固定地連接(例如，通過鑄造成一體結構)，從而它們之間不可能存在相對運動。在發(fā)動機中，每個曲軸銷25被可旋轉地連接于活塞的連桿。曲軸20的左手端被固定地連接于飛輪21，從而曲軸20和飛輪21可一起旋轉。
[0030]在運行中，通過活塞點火將扭矩輸入至曲軸20，然后傳遞至飛輪21。因為在發(fā)動機的循環(huán)中扭矩不是被連續(xù)生成的(僅在每個活塞的動力沖程期間生成)，扭矩僅在曲軸和飛輪的每轉的部分期間施加于飛輪21。在每轉的其它部分，通過飛輪存儲的轉動能，扭矩又被從飛輪傳遞至曲軸。換句話說，在每轉期間，曲軸交替地加快、然后放緩飛輪的旋轉。在實踐中，需要減小這種效應的幅值(例如，減小發(fā)動機扭矩尖峰的幅度)，因為這意味著發(fā)動機更加平穩(wěn)地運行，以及發(fā)動機組件損耗的降低。
[0031]發(fā)動機的壓縮比是指活塞位于其運動范圍的一個極限位置時封閉在汽缸內(nèi)的體積與活塞位于其運動范圍的另一個極限位置時封閉在汽缸內(nèi)的體積之比。因此，壓縮比的大小取決于活塞的運動范圍，因而取決于曲軸半徑。由此可見，在傳統(tǒng)的發(fā)動機中，壓縮比由發(fā)動機的結構所固定。發(fā)動機通常被配置成具有一個固定的壓縮比，該壓縮比的選擇是在最大化熱效率(壓縮比越大，熱效率越高)和避免燃料爆炸(壓縮比越大，越容易發(fā)生)之間的折中選擇。為了保證發(fā)動機能被方便地啟動，相對較高的壓縮比依然是必須的，尤其是柴油發(fā)動機。但是，在許多情況下，需要使用較低的壓縮比，因為這會降低發(fā)動機的應力，以及發(fā)動機的排