[发明专利]发动机平衡系统

说明书

与相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年3月11日提交的申请号为61/035,677、名称为“发动机平衡系统”的美国临时专利申请的权益，在此将其合并作为参考。

关于联邦赞助研究或开发的声明

技术领域

本发明涉及单缸内燃发动机，例如用于为剪草机、油池泵、便携式发电机和其他设备提供动力的单缸内燃发动机。具体而言，本发明涉及一种在发动机内的平衡系统，使得该平衡系统消除或减少由于该发动机内活塞的往复运动造成的发动机的振动。

背景技术

引起单缸发动机振动的主要原因是活塞的往复运动。在曲轴的每次旋转期间，活塞启动和停止两次，使活塞加速和减速的力的反作用力被施加在发动机主体上，造成沿与活塞轴线大致平行的方向的振动。当在诸如剪草机之类的设备中发动机被操作时，发动机产生振动，这些振动能够通过该设备传递给操作者。这种振动令人不舒服并可使操作者产生疲劳。即使在不存在操作者疲劳问题的设备(例如，油池泵或便携式发电机)中被操作时，发动机的振动也是不期望的，这是因为其引起维护问题并往往降低机器的使用寿命。

在某种程度上，这种振动可以通过提供带有配重的发动机而减小，该配重被固定在发动机曲轴上并位于曲轴轴线的与曲柄销正对的一侧，活塞通过曲柄销(经由连接杆)连接到曲轴。这种其中配重随曲轴旋转的曲轴配重设置可被设计为消除一些或甚至全部沿活塞轴线方向作用在活塞组件上的主要加速和减速力。然而，这种旋转的曲轴配重的离心力还具有横切于活塞轴线的分量，该分量产生横向振动，横向振动的量与曲轴配重成功消除的作用在活塞组件上的加速和减速力的程度成正比地增加。为此原因，许多单缸发动机包含质量提供约“50％失衡”条件的曲轴配重，从而配重造成的离心力沿活塞轴线的分量等于作用在活塞组件上的加速和减速力的约50％。然而使用这种具有50％失衡条件的配重并不能完全消除单缸发动机中出现的不期望的振动。

为此原因，另外的技术被使用以进一步减少这种振动。与上面讨论的曲轴配重相比，许多这种技术使用一个或多个附加的配重，这些附加的配重不随曲轴旋转，而是相对于曲轴往复运动(也就是，以严格的线性方式来回运动)或者在轻微旋转(在“摆动”运动中)的同时相对于曲轴来回运动。这种配重通常借助于连接臂联接到曲轴，连接臂具有联接到配重的近端以及联接到曲轴的远端。为了使这些配重抵抗活塞的运动而相对于曲轴来回运动，位于连接臂远端的圆形开孔由位于曲轴上的偏心轴颈支撑。当曲轴旋转时，所述偏心轴颈旋转，从而偏心轴颈的中心围绕曲轴的中心轴线旋转，因此连接臂的远端也围绕曲轴的中心轴线运动。这导致连接臂的近端以及附接到该近端的配重相对于曲轴来回运动。

某些使用第二种类型的配重的现有设计被构造为产生配重的运动，包括配重相对于曲轴的来回运动以及相对于曲轴的另外的旋转运动。在一种传统的设计中，一对配重不仅通过一对连接臂被连接到曲轴的偏心器，而且还通过可旋转地联接到曲轴箱壁和配重二者上的铰接臂被连接到曲轴箱壁之一的供配重在其内运动的内表面。铰接臂一般用于引导配重关于曲轴的来回运动。然而，由于铰接臂与配重附接所处的点相对于铰接臂旋转所围绕的曲轴箱上的点必须遵循由铰接臂形成的半径所确定的非线性路径，因此配重相对于曲轴的运动不是严格线性的。

尽管以上描述的用于平衡系统的传统设计在很大程度上成功平衡了活塞往复运动带来的力(也因此消除了相伴随的不期望的振动)，但该传统设计具有某些缺点。具体而言，除经历相对于曲轴的来回运动和围绕与曲轴轴线平行的轴线的旋转运动之外，借助于连接臂联接到曲轴的配重在发动机操作过程中还可往往经受扭矩甚至围绕与曲轴轴线垂直的轴线的少量旋转，这可进一步导致不期望的重量转移以及由此造成的发动机振动。这种运动会导致连接臂相对于其所在的相应的偏心轴颈的相对位置相对超前/滞后，这由于不同的配重联接到不同的偏心器的事实而被恶化。尽管将配重联接到曲轴箱的铰接臂在一定程度上确实倾向于在这些方向上减少配重的运动总量，但是铰接臂并不能防止这些方向上的小运动，并因此不能防止这种运动带来的一些不期望的振动。

因此，鉴于上述，有利的是，可以开发能够应用在单缸内燃发动机中的改进的平衡系统。在至少某些这样的实施例中，有利的是，改进的平衡系统被设计为使得由不同连接臂在其相应的偏心器上的定位带来的任何相对超前或滞后被最小化，并使得配重围绕除与曲轴平行的轴线以外的轴线的任何运动被减小，从而，与传统实施例中的平衡系统相比，伴随的重量转移、振动以及其他不期望的效果较不可能发生。进一步有利的是，至少某些实施例中的改进的平衡系统比许多传统的平衡系统更易于制造和/或组装。