專(zhuān)利名稱(chēng)：用于單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單氣缸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，例如用于給剪草機(jī)、井底水窩水泵(sump pumps)、便攜式發(fā)電機(jī)和其它設(shè)備提供動(dòng)力的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明尤其涉及這種發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的平衡系統(tǒng)，該平衡系統(tǒng)消除或減少由發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。
背景技術(shù)：
單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的振動(dòng)的主要原因是活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在曲軸的每次旋轉(zhuǎn)期間活塞啟動(dòng)和停止兩次，加速和減速活塞的力的反作用強(qiáng)加在發(fā)動(dòng)機(jī)體上，成為通常平行于活塞軸的方向上的振動(dòng)。當(dāng)在諸如剪草機(jī)的設(shè)備內(nèi)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)能通過(guò)設(shè)備傳遞給操作工。這個(gè)振動(dòng)不舒服并能使操作工產(chǎn)生疲勞。即使當(dāng)在不會(huì)造成操作工疲勞的設(shè)備中運(yùn)行時(shí)(例如井底水窩水泵或便攜式發(fā)電機(jī))，也不希望發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，因?yàn)樗鼤?huì)引起維護(hù)問(wèn)題和降低機(jī)器使用壽命。
通過(guò)給發(fā)動(dòng)機(jī)提供配重，這樣的振動(dòng)能降低到某種程度，所述配重固定在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上，并位于曲軸軸線(xiàn)直接與曲柄銷(xiāo)相對(duì)的側(cè)面上，曲柄銷(xiāo)通過(guò)連接桿將活塞連接到曲軸。通常，在曲軸上可以使用兩個(gè)配重，活塞軸的每個(gè)側(cè)面上設(shè)置一個(gè)。在每一種情況下，這種曲軸配重排列產(chǎn)生總合成離心力矢量，該矢量直接與曲柄銷(xiāo)相反。
雖然可以設(shè)計(jì)這種曲軸配重排列以取消某些或甚至全部位于活塞組件上沿著活塞軸的主要加速和減速力，但曲軸配重的離心力也具有相對(duì)于活塞軸的橫向分量。這個(gè)橫向分力產(chǎn)生橫向振動(dòng)，其振動(dòng)量隨著該曲軸配重成功地抵消活塞組件上的加速和減速力的程度成正比例(in direction proportion)增加。
為此，大部分單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)包含曲軸配重，曲軸配重的質(zhì)量提供約“50％過(guò)平衡”的條件，使得由于配重引起的離心力具有沿著活塞軸的分量，該分量約等于活塞組件上的加速和減速力的50％。這代表平行于活塞軸的方向上的嚴(yán)重振動(dòng)和橫向于活塞軸的嚴(yán)重振動(dòng)之間的折衷，其中平行于活塞軸的方向上的嚴(yán)重振動(dòng)由無(wú)過(guò)平衡條件產(chǎn)生，橫向于活塞軸的嚴(yán)重振動(dòng)由100％過(guò)平衡條件產(chǎn)生。
因?yàn)槭褂脦в?0％過(guò)平衡條件的曲軸配重不能完全消除在單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的不良振動(dòng)，已經(jīng)使用附加技術(shù)以進(jìn)一步減少這種振動(dòng)。許多這些技術(shù)使用一個(gè)或多個(gè)往復(fù)配重，與上述曲軸配重相比，往復(fù)配重不與曲軸一起旋轉(zhuǎn)，而是相對(duì)曲軸“往復(fù)運(yùn)動(dòng)”，即朝向和遠(yuǎn)離曲軸進(jìn)行前后直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。典型地，這些往復(fù)配重通過(guò)耦合臂連接到曲軸，耦合臂具有連接到配重的近端和連接到曲軸的遠(yuǎn)端。
為了使往復(fù)配重在與活塞和曲柄銷(xiāo)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)相反的方向相對(duì)曲軸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，耦合臂遠(yuǎn)端的圓孔由曲軸上的偏心軸頸(eccentricjournals)支撐。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏心軸頸的中心繞曲軸中心軸旋轉(zhuǎn)，因此耦合臂遠(yuǎn)端也圍繞曲軸中心軸運(yùn)動(dòng)。因此，耦合臂進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于將活塞連接到曲柄銷(xiāo)的連接桿的運(yùn)動(dòng)。然而，這個(gè)連接桿型的運(yùn)動(dòng)不是往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗皇菄?yán)格的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)。
使用往復(fù)配重的常規(guī)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)用來(lái)產(chǎn)生往復(fù)配重的真正往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得往復(fù)配重運(yùn)動(dòng)平衡活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了使往復(fù)配重在耦合臂進(jìn)行連接桿型的運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行線(xiàn)性、往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)配重必須可旋轉(zhuǎn)地連接到耦合臂以允許它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，往復(fù)配重運(yùn)動(dòng)必須沿著線(xiàn)性路徑進(jìn)行引導(dǎo)，這通常需要往復(fù)配重另外連接到曲軸箱。
例如，Murata等人的美國(guó)專(zhuān)利US4656981提供了一種往復(fù)配重，其連接到依次由曲軸上的偏心軸頸支撐的臂上。往復(fù)配重在其遠(yuǎn)離曲軸的遠(yuǎn)端內(nèi)還包括一個(gè)孔。配置該孔以容納伸出曲軸箱的銷(xiāo)子。當(dāng)往復(fù)配重運(yùn)動(dòng)時(shí)，銷(xiāo)子伸入孔的程度改變，因此，沿著由銷(xiāo)子中心軸限定的線(xiàn)性路徑引導(dǎo)往復(fù)配重。盡管耦合臂是連接桿型的運(yùn)動(dòng)，往復(fù)配重沿著線(xiàn)性路徑自由運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橥鶑?fù)配重可旋轉(zhuǎn)地連接到耦合臂。
雖然這些常規(guī)設(shè)計(jì)在很大程度上成功地平衡了活塞力并由此降低了發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，但這些設(shè)計(jì)具有某些缺點(diǎn)。具體地，因?yàn)檫@種常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的往復(fù)配重必須可旋轉(zhuǎn)地連接到耦合臂，并且也連接到曲軸箱以產(chǎn)生真正的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件數(shù)量和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)這些活動(dòng)部件之間的連接點(diǎn)很大。往復(fù)配重、耦合臂和曲軸箱的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)上的磨損和破損，因此減少發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。為了減少這個(gè)磨損和破損，還應(yīng)該設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)以便在活動(dòng)件的連接點(diǎn)上提供潤(rùn)滑油。因此，與設(shè)計(jì)和制造這種發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的成本和復(fù)雜性將增加。
因此，如果能設(shè)計(jì)用于單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的新平衡系統(tǒng)，該系統(tǒng)比常規(guī)平衡系統(tǒng)成本更低和更穩(wěn)固，將是有益的。尤其是，如果這種新平衡系統(tǒng)能提供與往復(fù)配重的常規(guī)設(shè)計(jì)所提供的相同或類(lèi)似的優(yōu)點(diǎn)，以平衡往復(fù)活塞力，但同時(shí)不需要與常規(guī)設(shè)計(jì)中一樣多的彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件，使得這些活動(dòng)部件之間的連接點(diǎn)數(shù)量減少，并且消除了潤(rùn)滑多個(gè)連接點(diǎn)的需要，這將是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)能裝配具有平衡質(zhì)量和耦合臂的平衡塊，耦合臂位于曲軸和平衡質(zhì)量之間，其中耦合臂相對(duì)平衡質(zhì)量來(lái)固定，或整體作為平衡質(zhì)量的一部分。而且，為了相對(duì)曲軸沿著線(xiàn)性路徑引導(dǎo)平衡質(zhì)量，軸線(xiàn)垂直于曲軸軸線(xiàn)的凹槽提供在曲軸箱壁內(nèi)，并且提供一個(gè)銷(xiāo)子，該銷(xiāo)子沿著平行于曲軸軸線(xiàn)的軸線(xiàn)伸出平衡質(zhì)量的側(cè)面。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，銷(xiāo)子裝配在凹槽內(nèi)并能沿著凹槽軸線(xiàn)在凹槽內(nèi)滑動(dòng)，以便讓耦合臂迫使平衡質(zhì)量沿著由凹槽定義的軸線(xiàn)朝向和遠(yuǎn)離曲軸。
因?yàn)轳詈媳巯鄬?duì)平衡質(zhì)量固定，平衡質(zhì)量除了朝向和遠(yuǎn)離曲軸的運(yùn)動(dòng)之外還進(jìn)行某些旋轉(zhuǎn)或“擺動(dòng)”運(yùn)動(dòng)，因此不是進(jìn)行真正的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。然而，因?yàn)閿[動(dòng)運(yùn)動(dòng)相對(duì)較小，平衡質(zhì)量大量地平衡了往復(fù)活塞力和降低發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。而且，因?yàn)轳詈媳巯鄬?duì)平衡質(zhì)量固定，減少了制造成本，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)上的磨損和破損，使得發(fā)動(dòng)機(jī)更穩(wěn)固，并且消除了潤(rùn)滑耦合臂和平衡質(zhì)量之間接點(diǎn)的需要。
具體地，本發(fā)明涉及一種平衡系統(tǒng)，其包括曲軸、平衡組件和凹槽。曲軸包括第一曲軸部分、第一曲柄部分、曲柄銷(xiāo)部分和第一偏心部分，其中曲柄銷(xiāo)部分通過(guò)第一曲柄部分連接到第一曲軸部分，并且進(jìn)一步配置曲柄銷(xiāo)使其通過(guò)連接桿連接到活塞。平衡組件具有彼此固定在一起的第一平衡質(zhì)量部分和第一耦合臂部分，以及伸出第一平衡質(zhì)量部分側(cè)面的銷(xiāo)子，其中第一耦合臂部分包括第一圓孔，第一偏心部分通過(guò)第一圓孔支撐平衡組件。凹槽能容納銷(xiāo)子，其中銷(xiāo)子能沿著凹槽滑動(dòng)并且能在凹槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使得平衡組件在移向和遠(yuǎn)離曲軸時(shí)能旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明還涉及一種內(nèi)燃機(jī)，包括曲軸箱、連接到曲軸箱的氣缸、氣缸內(nèi)的活塞、以及由曲軸箱支撐的曲軸?；钊ㄟ^(guò)連接桿連接到曲軸的曲柄銷(xiāo)，曲軸包括偏心部分。內(nèi)燃機(jī)還包括由耦合臂相對(duì)偏心部分支撐的配重。耦合臂和配重相對(duì)于彼此固定到位置上，其中曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)配重移向和離開(kāi)曲軸。內(nèi)燃機(jī)另外包括當(dāng)配重移向和離開(kāi)曲軸時(shí)沿著路徑引導(dǎo)配重的裝置。
本發(fā)明另外涉及一種在單氣缸內(nèi)燃機(jī)內(nèi)平衡由活塞提供給曲軸的力的方法，該方法包括當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)由曲軸支撐的偏心部分；引導(dǎo)由偏心部分支撐的平衡組件沿著路徑朝向和遠(yuǎn)離曲軸。所述方法還包括當(dāng)引導(dǎo)平衡組件沿著路徑朝向和遠(yuǎn)離曲軸時(shí)，使平衡組件沿著大致平行于曲軸中心軸的動(dòng)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。


圖1是從發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)面獲取的單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的第一透視圖，啟動(dòng)器和氣缸蓋位于該側(cè)面；圖2是從圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)面獲取的單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的第二透視圖，空氣濾清器和機(jī)油濾清器位于該側(cè)面；圖3是圖1的單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的第三透視圖，其中已經(jīng)拆除某些發(fā)動(dòng)機(jī)部件以顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的附加內(nèi)部部件；圖4是圖1的單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的第四透視圖，其中已經(jīng)拆除某些發(fā)動(dòng)機(jī)部件以顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的附加內(nèi)部部件；圖5是圖1的單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的第五透視圖，其中已經(jīng)拆除曲軸箱蓋以顯示曲軸箱內(nèi)部；圖6是圖1的單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的第六透視圖，其中顯示從曲軸箱底部分解的曲軸箱蓋；圖7是圖1的單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的頂視圖，顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部部件；圖8是圖1的單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣閥機(jī)構(gòu)部件的透視圖；圖9是圖1的單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸部件和新平衡系統(tǒng)的透視圖；
圖10是圖9的曲軸部件和新平衡系統(tǒng)的分解透視圖；圖11是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的透視、局部剖視圖，顯示新平衡系統(tǒng)的部件；以及圖12是圖1的單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱蓋的透視、局部剖視圖，其中顯示該蓋包括了與從平衡系統(tǒng)的平衡塊伸出的銷(xiāo)子接合的凹槽。
具體實(shí)施例方式
參考圖1和圖2，由Kohler Co.of Kohler，Wisconsin設(shè)計(jì)的新型單氣缸四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100包括曲軸箱110和風(fēng)扇罩120，風(fēng)扇130和飛輪140在風(fēng)扇罩120的內(nèi)部。發(fā)動(dòng)機(jī)100還包括啟動(dòng)器150、氣缸160、氣缸蓋170和搖臂罩180。圖1中圖示的排氣口190和圖2中圖示的進(jìn)氣口200連接到氣缸蓋170。本技術(shù)領(lǐng)域眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)100運(yùn)行期間，活塞210(參見(jiàn)圖7)在氣缸160內(nèi)前后移動(dòng)，移向和離開(kāi)氣缸蓋170?；钊?10的運(yùn)動(dòng)從而引起曲軸220(參見(jiàn)圖7)的旋轉(zhuǎn)，以及連接到曲軸的風(fēng)扇130和飛輪140的旋轉(zhuǎn)。風(fēng)扇130的旋轉(zhuǎn)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，飛輪140的旋轉(zhuǎn)使保持相對(duì)恒定的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量。
具體參考圖2，發(fā)動(dòng)機(jī)100還包括連接到進(jìn)氣口200的空氣濾清器230，空氣濾清器230在將空氣提供給氣缸蓋170之前過(guò)濾發(fā)動(dòng)機(jī)所需的空氣。提供給進(jìn)氣口200的空氣經(jīng)由氣缸蓋170流入氣缸160，空氣穿過(guò)氣缸蓋流出氣缸，然后流出排氣口190而排出發(fā)動(dòng)機(jī)。經(jīng)由氣缸蓋170進(jìn)入和排出氣缸160的空氣流入量和流出量分別由輸入閥240和輸出閥250控制(參見(jiàn)圖8)。同樣如圖2中所示，發(fā)動(dòng)機(jī)100包括機(jī)油濾清器260，發(fā)動(dòng)機(jī)100的機(jī)油流經(jīng)機(jī)油濾清器260并得到過(guò)濾。具體地，機(jī)油濾清器260分別經(jīng)由輸入管線(xiàn)270和輸出管線(xiàn)280連接到曲軸箱110，由此加壓機(jī)油流入機(jī)油濾清器，然后從機(jī)油濾清器返回到曲軸箱。
參考圖3和圖4，圖示的發(fā)動(dòng)機(jī)100拆除了風(fēng)扇罩120以暴露曲軸箱110的蓋290。關(guān)于圖3，其中也拆除了風(fēng)扇130和飛輪140，示出了線(xiàn)圈300，它依據(jù)風(fēng)扇130和/或飛輪140的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電流，它們一起用作磁電機(jī)。另外，曲軸箱110的蓋290圖示為具有一對(duì)凸角310，它們覆蓋一對(duì)齒輪320(參見(jiàn)圖5和圖7-8)。關(guān)于圖4，風(fēng)扇130和飛輪140圖示為在曲軸箱110的蓋290之上。另外，圖4示出了無(wú)氣缸蓋170和搖臂罩180的發(fā)動(dòng)機(jī)100，以更清楚地顯示一對(duì)管330，穿過(guò)管330延伸一對(duì)相應(yīng)的推桿340。如下文中進(jìn)一步論述，推桿340在曲軸箱110內(nèi)的一對(duì)相應(yīng)的搖臂350和一對(duì)凸輪360(參見(jiàn)圖8)之間延伸。
轉(zhuǎn)到圖5和圖6，發(fā)動(dòng)機(jī)100圖示為從曲軸箱110的底部370拆除了曲軸箱110的蓋290以顯示曲軸箱內(nèi)部380。另外在圖5和圖6中，以剖開(kāi)方式圖示發(fā)動(dòng)機(jī)100以排除超出氣缸160的發(fā)動(dòng)機(jī)部分，例如氣缸蓋170。關(guān)于圖6，在分解圖中，曲軸箱110的蓋290圖示為在曲軸箱110的底部370之上。在這個(gè)實(shí)施例中，底部370不但包括曲軸箱底390，而且包括曲軸箱的所有六個(gè)側(cè)壁400，而蓋290只作為曲軸箱頂。為了打開(kāi)曲軸箱110，蓋290和底部370制作成兩個(gè)單獨(dú)部件，以便人從底部物理拆除蓋。同樣如圖5中所示，曲軸箱110內(nèi)的一對(duì)齒輪320由相應(yīng)的軸410支撐并在其上旋轉(zhuǎn)，而所述軸410由曲軸箱110的底390支撐。
參考圖7，提供發(fā)動(dòng)機(jī)100的頂視圖，其中示出發(fā)動(dòng)機(jī)的附加內(nèi)部部件。詳細(xì)地，圖7示出氣缸160內(nèi)的活塞210通過(guò)連接桿420連接到曲軸220。曲軸220然后連接到旋轉(zhuǎn)配重430和兩個(gè)平衡塊440，它們平衡活塞210施加在曲軸220上的力。曲軸220還與每個(gè)齒輪320接觸，因此將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給齒輪。在本實(shí)施例中，支撐齒輪320的軸410能把機(jī)油從曲軸箱110的底390(參見(jiàn)圖5)向上傳遞給齒輪320。到機(jī)油濾清器260的輸入管線(xiàn)270連接到軸410中的一個(gè)以接收機(jī)油，而自機(jī)油濾清器260的輸出管線(xiàn)280連接到曲軸220以給其提供潤(rùn)滑油。圖7還示出了位于氣缸蓋170上的火花塞450，火花塞在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作沖程期間提供火花以使氣缸160內(nèi)出現(xiàn)燃燒?；鸹ㄈ?50的電能由線(xiàn)圈300(參見(jiàn)圖3)提供。
進(jìn)一步參考圖7，此外參考圖8，圖示了發(fā)動(dòng)機(jī)100的氣閥機(jī)構(gòu)460的部件。氣閥機(jī)構(gòu)460包括位于軸410上的齒輪320，也包括分別在齒輪下面的凸輪360。另外，各個(gè)凸輪從動(dòng)臂470延伸以擱在各個(gè)凸輪360上，凸輪從動(dòng)臂470可旋轉(zhuǎn)地固定到曲軸箱110。各個(gè)推桿340依次擱在各個(gè)凸輪從動(dòng)臂470上。當(dāng)凸輪360旋轉(zhuǎn)時(shí)，凸輪從動(dòng)臂470暫時(shí)迫使推桿340向外遠(yuǎn)離曲軸箱110。這使搖臂350搖擺或旋轉(zhuǎn)，從而使各個(gè)閥240和250向曲軸箱110打開(kāi)。然而，當(dāng)凸輪360繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，凸輪從動(dòng)臂470能使推桿340向內(nèi)返回到它們的初始位置。位于氣缸蓋170和搖臂350之間的一對(duì)彈簧480、490，在傾向于靠近閥240、250的方向上分別提供易于搖擺搖臂的力。而且作為彈簧480、490對(duì)搖臂350作用力的結(jié)果，迫使推桿340返回到它們的初始位置。
在本實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)100是立軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其在各種用戶(hù)草坪和園藝機(jī)器例如割草機(jī)的實(shí)施中能輸出15-20馬力。在其它實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)100也實(shí)施為水平軸發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)水平軸發(fā)動(dòng)機(jī)以輸出更大或更小量功率，和/或用于例如吹雪機(jī)的各種其它類(lèi)型的機(jī)器中。而且，在其它實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)100內(nèi)的部件特定排列可以與上文圖示和論述的排列不同。例如，在一個(gè)替代實(shí)施例中，凸輪360可以位于齒輪320之上，而不是齒輪之下。
轉(zhuǎn)向圖9和圖10，分別提供發(fā)動(dòng)機(jī)100使用的新平衡系統(tǒng)500的部件透視裝配和分解圖。具體地，新平衡系統(tǒng)500包括曲軸220、旋轉(zhuǎn)配重430和平衡塊440。而且如圖示，曲軸220包括主曲軸段510、曲柄銷(xiāo)520和一對(duì)曲柄530，曲柄530把曲柄銷(xiāo)520連接到主曲軸段。當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)100內(nèi)進(jìn)行裝配時(shí)，連接桿420把曲柄銷(xiāo)520連接到活塞210(參見(jiàn)圖7)。在圖示的實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)配重430包括一對(duì)重塊，每個(gè)重塊是相應(yīng)的一個(gè)曲柄530的延伸，并且越過(guò)曲軸220的中心軸540直接與曲柄銷(xiāo)520相對(duì)。在替代實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)配重430不需要包括兩個(gè)單獨(dú)重塊，并且不需要整體形成為部分曲柄530。
而且如圖9和圖10中所示，具有偏心軸頸或輪緣560的兩個(gè)偏心凸緣550進(jìn)一步安裝在曲軸220上，并且通過(guò)相應(yīng)的螺栓545(只圖示了一個(gè)螺栓)固定到曲柄530的兩個(gè)相應(yīng)的外側(cè)535。兩個(gè)平衡塊440也安裝在曲軸220上，每個(gè)平衡塊440具有各自的平衡質(zhì)量570和帶圓腔590的耦合臂580。更具體地，每個(gè)耦合臂580的圓腔590套在相應(yīng)的一個(gè)偏心軸頸560上，耦合臂能相對(duì)偏心軸頸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，各個(gè)平衡塊440的各自耦合臂580與各自的平衡質(zhì)量570整體形成在一起，或者相對(duì)各自的平衡質(zhì)量570固定在適當(dāng)位置上，以形成各個(gè)平衡塊440。同樣，為了降低制造成本，平衡塊440優(yōu)選為彼此相同。
平衡塊440通過(guò)銷(xiāo)子600保持在一起，并且一起形成整個(gè)平衡組件445(參見(jiàn)圖9)。根據(jù)本實(shí)施例，銷(xiāo)子600可以是(或替換為)任何許多不同類(lèi)型的緊固件，包括把平衡塊440保持在一起的螺釘、螺栓或本技術(shù)領(lǐng)域公知的其它緊固件。同樣，某些實(shí)施例中的平衡塊440整體形成為一件。而且，雖然根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，位于曲軸220上的偏心凸緣550是單獨(dú)的部件，但在替代實(shí)施例中，偏心凸緣550或這些凸緣的偏心軸頸/輪緣/軸承560可以與曲軸整體形成在一起。類(lèi)似地，曲軸220本身可以整體形成或由多個(gè)單獨(dú)部件構(gòu)成，例如曲柄銷(xiāo)520和曲柄530。
參考圖11，示出了相對(duì)曲軸箱110的蓋290定位新平衡系統(tǒng)500。詳細(xì)地，示出了曲軸220、偏心凸緣550和平衡塊440在相對(duì)曲軸箱110的蓋290的位置，其中曲軸220具有曲柄530、曲柄銷(xiāo)520和旋轉(zhuǎn)配重430，平衡塊440具有平衡質(zhì)量570和耦合臂580。當(dāng)曲軸220旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于偏心軸頸560和耦合臂580的圓腔590(參見(jiàn)圖10)的相互作用，平衡塊440移向或離開(kāi)曲軸。平衡塊440的運(yùn)動(dòng)由曲軸箱110的蓋290中的槽或凹槽610進(jìn)行導(dǎo)向，銷(xiāo)子600的端部620裝配在槽或凹槽610中。凹槽610垂直于中心軸540，并平行于活塞軸545，活塞沿著活塞軸545往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而銷(xiāo)子600平行于中心軸。
圖12更清楚地表示銷(xiāo)子600的端部620如何具體地裝配在凹槽610中，以及能在凹槽內(nèi)前后運(yùn)動(dòng)以引導(dǎo)平衡塊440。雖然不是必需的，但在圖示實(shí)施例中，銷(xiāo)子600的端部620上的輪子或其它軸承630在凹槽610內(nèi)運(yùn)動(dòng)。同樣，在使用除銷(xiāo)子600之外的不同緊固件將兩個(gè)平衡塊440保持在一起(或平衡塊整體形成為一個(gè)部件)的實(shí)施例中，銷(xiāo)子或銷(xiāo)狀突出部件仍伸出平衡塊440的側(cè)面以裝配在凹槽610內(nèi)。在上述實(shí)施例中，銷(xiāo)子或其它突出部件可以與平衡塊440整體形成在一起，但這不是必須的。
因?yàn)樾缕胶庀到y(tǒng)500的設(shè)計(jì)使用平衡塊440，并且還使用銷(xiāo)子600/凹槽610，平衡塊440具有相對(duì)平衡質(zhì)量570固定的耦合臂580，平衡塊440朝向和離開(kāi)曲軸220的運(yùn)動(dòng)主要是、但不完全是線(xiàn)性的。也就是說(shuō)，當(dāng)平衡塊440相對(duì)曲軸220在完全伸展位置和完全收縮位置之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，除了朝向和離開(kāi)曲軸的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)之外，平衡塊還進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或“搖擺”運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圍繞銷(xiāo)子600的軸進(jìn)行，銷(xiāo)子600同時(shí)在凹槽610內(nèi)前后運(yùn)動(dòng)。
即使平衡塊440相對(duì)曲軸220前后運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡塊進(jìn)行搖擺運(yùn)動(dòng)，而不是真正的線(xiàn)性或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，然而，平衡塊平衡了大量活塞210產(chǎn)生的力，并因此大量減少發(fā)動(dòng)機(jī)100的振動(dòng)。因?yàn)榕c平衡塊440相關(guān)的大部分重量以及因此大部分動(dòng)量位于平衡質(zhì)量570而不是耦合臂580，并且因?yàn)檫@個(gè)質(zhì)量特別集中在銷(xiāo)子600的軸附近，因此由平衡塊搖擺運(yùn)動(dòng)造成的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量未大量降低平衡系統(tǒng)500平衡活塞210的力的性能。而且，搖擺運(yùn)動(dòng)本身不把任何過(guò)大的振動(dòng)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)100。
在替代實(shí)施例中，平衡組件445可以由不同于圖9-11中所示的平衡塊440的部件構(gòu)成。例如，平衡系統(tǒng)500可以只包括形成平衡組件的單個(gè)平衡件，或者平衡組件可以由兩個(gè)以上部件構(gòu)成。同樣，在一個(gè)替代實(shí)施例中，平衡組件只具有單個(gè)耦合臂和平衡系統(tǒng)只具有單個(gè)偏心凸緣。
另外，在替代實(shí)施例中，用來(lái)引導(dǎo)平衡塊440運(yùn)動(dòng)的裝置可以不同于銷(xiāo)子600和沿著曲軸箱110的蓋290的凹槽610。例如在水平軸發(fā)動(dòng)機(jī)中，沿著曲軸箱110的垂直壁對(duì)凹槽610進(jìn)行定位，而不是沿著曲軸箱蓋290。同樣，例如在替代實(shí)施例中，顛倒凹槽和銷(xiāo)子的定位。也就是，沿著平衡塊440的一側(cè)定位凹槽，而不是沿著曲軸箱內(nèi)側(cè)，銷(xiāo)子伸出曲軸箱內(nèi)側(cè)而不是平衡塊側(cè)面。
同樣，凹槽610不必完全垂直于中心軸540和平行于活塞軸545，并且銷(xiāo)子600不必完全平行于中心軸540。例如，即使凹槽不直接垂直于中心軸540，但還在垂直于中心軸的平面內(nèi)，平衡系統(tǒng)可在很大程度上提供平衡活塞力的同樣的利益。同樣例如，平衡系統(tǒng)能使用位于相對(duì)中心軸540的斜面上的凹槽，但仍然位于由中心軸和活塞軸545構(gòu)成的平面內(nèi)。在這樣的實(shí)施例中，銷(xiāo)子600伸入凹槽的程度將根據(jù)平衡塊位置進(jìn)行變化。在所有上述實(shí)施例中，然而，平衡塊應(yīng)該還能移向和離開(kāi)曲軸110，另外，能相對(duì)由銷(xiāo)子600或類(lèi)似設(shè)備形成的動(dòng)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，銷(xiāo)子600或類(lèi)似設(shè)備大致平行于曲軸中心軸540。
雖然前述說(shuō)明書(shū)闡明和描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于本文中公開(kāi)的特定結(jié)構(gòu)。以其它具體形式也能實(shí)施本發(fā)明而不脫離本發(fā)明的本質(zhì)或基本屬性。實(shí)際上，本發(fā)明可以用在除使用平衡塊或配重的內(nèi)燃機(jī)之外的機(jī)械裝置中，例如用于諸如壓縮機(jī)的機(jī)器中使用的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。因此，當(dāng)指示本發(fā)明的范圍時(shí)，應(yīng)該參考下面的權(quán)利要求書(shū)而不是前述說(shuō)明書(shū)。
權(quán)利要求
1.一種平衡系統(tǒng)，包括曲軸，其包括第一曲軸部分、第一曲柄部分、曲柄銷(xiāo)部分和第一偏心部分，其中曲柄銷(xiāo)部分通過(guò)第一曲柄部分連接到第一曲軸部分，并且進(jìn)一步配置曲柄銷(xiāo)以通過(guò)連接桿將其連接到活塞；平衡組件，其具有彼此固定在一起的第一平衡質(zhì)量部分和第一耦合臂部分，以及從第一平衡質(zhì)量部分側(cè)面伸出的銷(xiāo)子，其中第一耦合臂部分包括第一圓孔，第一偏心部分通過(guò)第一圓孔支撐平衡組件；和凹槽，其能容納銷(xiāo)子，其中銷(xiāo)子能沿著凹槽滑動(dòng)并且能在凹槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使得平衡組件在移向和遠(yuǎn)離曲軸時(shí)能夠旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的平衡系統(tǒng)，其中曲軸還包含第二曲軸部分、第二曲柄部分和第二偏心部分，其中曲柄銷(xiāo)部分通過(guò)第二曲柄部分連接到第二曲軸部分。
3.如權(quán)利要求2所述的平衡系統(tǒng)，其中平衡組件還包括彼此固定在一起的第二平衡質(zhì)量部分和第二耦合臂部分，其中第二耦合臂部分包括第二圓孔，第二偏心部分通過(guò)第二圓孔支撐平衡組件。
4.如權(quán)利要求3所述的平衡系統(tǒng)，其中第一和第二平衡質(zhì)量部分依靠銷(xiāo)子方式保持在一起。
5.如權(quán)利要求3所述的平衡系統(tǒng)，其中第一耦合臂部分和第一平衡質(zhì)量部分整體形成為第一平衡塊，其中第二耦合臂部分和第二平衡質(zhì)量部分整體形成為第二平衡塊。
6.如權(quán)利要求5所述的平衡系統(tǒng)，其中第一平衡塊和第二平衡塊相同，并且其中第一偏心部分和第二偏心部分至少是不同的偏心凸緣和偏心軸頸中的一個(gè)，所述偏心凸緣設(shè)置在曲軸上，所述偏心軸頸與曲軸整體形成在一起。
7.如權(quán)利要求5所述的平衡系統(tǒng)，還包括旋轉(zhuǎn)配重。
8.如權(quán)利要求7所述的平衡系統(tǒng)，其中旋轉(zhuǎn)配重包括第一配重和第二配重，第一配重整體形成為第一曲柄部分的第一部分，第二配重整體形成為第二曲柄部分的第二部分。
9.如權(quán)利要求1所述的平衡系統(tǒng)，其中銷(xiāo)子大致平行于曲軸的中心軸，并且其中凹槽至少為下列之一大致平行于活塞軸，活塞沿著所述活塞軸在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；大致垂直于中心軸；在垂直于中心軸的平面內(nèi)；以及在由中心軸和活塞軸形成的另一平面內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的平衡系統(tǒng)，其中銷(xiāo)子上設(shè)置有軸承，并且其中軸承裝配在凹槽內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的平衡系統(tǒng)，其中凹槽容納銷(xiāo)子的端部，并且其中至少在內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)之一中使用平衡系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求1所述的平衡系統(tǒng)，其中凹槽沿著內(nèi)燃機(jī)的曲軸箱蓋內(nèi)表面定位，并且其中曲軸垂直定向。
13.一種內(nèi)燃機(jī)，包括曲軸箱；連接到曲軸箱的氣缸；氣缸內(nèi)的活塞；由曲軸箱支撐的曲軸，其中活塞通過(guò)連接桿連接到曲軸的曲柄銷(xiāo)，并且其中曲軸包括偏心部分；和相對(duì)偏心部分由耦合臂支撐的配重，其中耦合臂和配重相對(duì)于彼此固定到位置上，其中曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)配重移向和離開(kāi)曲軸；當(dāng)配重移向和離開(kāi)曲軸時(shí)沿著路徑引導(dǎo)配重的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其中引導(dǎo)裝置包括銷(xiāo)子和凹槽。
15.如權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃機(jī)，其中銷(xiāo)子大致平行于曲軸的中心軸，并且其中凹槽至少為下列之一大致平行于活塞軸，活塞沿著所述活塞軸在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；大致垂直于中心軸；在垂直于中心軸的平面內(nèi)；以及在由中心軸和活塞軸形成的另一平面內(nèi)。
16.如權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃機(jī)，其中配重包括第一配重部分和第二配重部分，所述第一配重部分和第二配重部分相同并且通過(guò)銷(xiāo)子彼此連接，其中銷(xiāo)子包括裝配在凹槽內(nèi)的軸承。
17.一種在單氣缸內(nèi)燃機(jī)內(nèi)平衡由活塞提供給曲軸的力的方法，所述方法包括當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)由曲軸支撐的偏心部分；引導(dǎo)由偏心部分支撐的平衡組件沿著路徑朝向和遠(yuǎn)離曲軸；當(dāng)引導(dǎo)平衡組件沿著路徑朝向和遠(yuǎn)離曲軸時(shí)，使平衡組件沿著大致平行于曲軸中心軸的動(dòng)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中平衡組件包括相對(duì)于彼此固定在位置上的平衡質(zhì)量部分和耦合臂部分，并且其中耦合臂部分包括裝配在偏心部分周?chē)膱A孔。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中平衡組件包括銷(xiāo)子，所述銷(xiāo)子沿著動(dòng)軸從平衡組件側(cè)面伸出，并且其中內(nèi)燃機(jī)包括沿著內(nèi)側(cè)具有凹槽的曲軸箱。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中凹槽容納銷(xiāo)子，并且銷(xiāo)子能沿著凹槽滑動(dòng)和相對(duì)于凹槽旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
公開(kāi)了一種平衡系統(tǒng)(500)和用于平衡單氣缸內(nèi)燃機(jī)(100)的活塞力的方法。平衡系統(tǒng)(500)包括曲軸(220)、平衡組件(445)和凹槽(610)。曲軸(220)包括曲軸部分(510)、曲柄(530)、曲柄銷(xiāo)(520)和與曲柄(530)相鄰的偏心凸緣(550)。平衡組件(445)具有彼此固定在一起的平衡質(zhì)量部分(570)和耦合臂(580)、以及伸出平衡質(zhì)量部分(570)側(cè)面的銷(xiāo)子(600)。偏心凸緣(550)支撐耦合臂(580)。凹槽(610)能容納銷(xiāo)子(600)銷(xiāo)子(600)能沿著凹槽(610)滑動(dòng)并且也能在凹槽(610)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使得平衡組件(445)移向和遠(yuǎn)離曲軸(220)時(shí)能夠旋轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)F16F15/28GK1617977SQ02827619
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月28日
發(fā)明者T·M·羅特, W·D·柯尼希斯 申請(qǐng)人:科勒公司