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技术领域

本实用新型涉及车辆动力设备领域，具体而言，涉及一种发动机飞轮、发动机以及车辆。

背景技术

在现代汽车尤其是家用轿车的设计中，采用轻量化的手段对汽车产品进行优化设计，尽 可能减轻其自身质量，以达到减重、降耗、环保、安全的综合目标，已成为汽车结构设计时 所必须优先考虑的设计方向。而在汽车轻量化的设计中，作为汽车动力来源的发动机曲轴系 的轻量化设计是最为关键的。

发动机曲轴系中，曲轴与飞轮通过螺栓连接，通过曲轴与飞轮配合实现曲轴带动飞轮转 动。曲轴与飞轮连接的螺栓的数量与规格是通过严格的设计计算确定的，它的分布情况直接 影响曲轴后端法兰的大小，而曲轴后端法兰的大小即影响曲轴的重量又影响到曲轴后端油封 唇口的线速度大小。因此，发动机设计时，曲轴后端法兰外径应越小越好。

如图1和2所示，现有的发动机飞轮包括飞轮主体1、螺栓孔2和法兰面3，通过法兰面 3与曲轴配合。发动机飞轮的法兰面3是从中心轴孔到法兰外径的一个完整的平面，该平面通 常采用精车保证整个平面的平面度与粗糙度要求，以实现与曲轴法兰平面的有效贴合，通过 螺栓的轴力实现曲轴到飞轮的力矩传递。

这种配合结构并没有达到最优化的结构设计。现有的设计要满足发动机的最大输出力矩 传递，需要使用更多数量或更大直径的更高规格的螺栓，增加了整机重量与开发成本，不利 于整车的轻量化。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种发动机飞轮、发动机以及车辆，以解决现有技术中 的车辆曲轴与飞轮配合结构不合理的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种发动机飞轮，包括飞轮基 体，飞轮基体具有曲轴配合部，飞轮基体上设置有贯穿曲轴配合部的轴孔，曲轴配合部上设 置有凹槽，凹槽与轴孔连通以增加曲轴配合部与曲轴配合时的有效摩擦半径。

进一步地，凹槽的横截面为圆形，且与轴孔同心设置。

进一步地，凹槽的半径根据公式1确定，

r m = 2 3 × r 0 3 - r i 3 r 0 2 - r i 2 ]]>                公式1

其中，r_m为发动机飞轮与曲轴配合时的有效摩擦半径，r₀为曲轴配合部的配合面的外径； r_i为凹槽的半径。

进一步地，飞轮基体还包括多个螺栓孔，多个螺栓孔均匀布置在以轴孔的圆心为圆心的 同一圆周上，每个螺栓孔沿飞轮基体的轴向贯穿飞轮基体。

进一步地，凹槽的外边缘所在的圆与螺栓孔的圆心的最小距离是螺栓孔的半径的倍至倍。

进一步地，凹槽的深度在0.3mm至0.7mm之间。

进一步地，凹槽的深度为0.5mm。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种发动机，包括发动机飞轮，发动机飞轮为上述 的发动机飞轮。

进一步地，发动机飞轮的曲轴配合部具有配合面，发动机还包括曲轴，曲轴包括与发动 机飞轮配合的法兰面，法兰面与配合面配合。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种车辆，车辆包括发动机，发动机为上述的发动 机。

应用本实用新型的技术方案，发动机飞轮包括飞轮基体，飞轮基体具有曲轴配合部，飞 轮基体上设置有贯穿曲轴配合部的轴孔，曲轴配合部上设置有凹槽，凹槽与轴孔连通以增加 曲轴配合部与曲轴配合时的有效摩擦半径。通过在曲轴配合部上设置凹槽使得发动机飞轮的 与曲轴配合的配合面的内径扩大，由此提高了发动机飞轮与曲轴配合时的有效摩擦半径，进 而提高了可传递力矩，这样就保证了在传递相同力矩时可以减少曲轴与发动机飞轮之间的连 接螺栓的数量，实现轻量化，同时设置凹槽能够减少发动机飞轮的重量，使轻量化设计的效 果更好，有效减少车辆的油耗。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的 示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的发动机飞轮的主视图；

图2示出了现有技术中的发动机飞轮的剖视图；

图3示出了根据本实用新型的实施例的发动机飞轮的主视图；

图4示出了根据本实用新型的实施例的发动机飞轮的剖视图；

图5示出了图4中的发动机飞轮的剖视图的局部放大图

图6示出了根据本实用新型的另一实施例的发动机的曲轴的主视图；

图7示出了图6中的曲轴的局部剖视图；以及

图8示出了根据本实用新型的另一实施例的发动机的曲轴、发动机飞轮和螺栓三者配合 的立体爆炸结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、飞轮基体；11、轴孔；12、配合面；13、凹槽；14、螺栓孔；20、曲轴；21、法兰面； 30、螺栓。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图3和4所示，根据本实用新型的实施例，发动机飞轮包括飞轮基体10，飞轮基体10 具有曲轴配合部，飞轮基体10上设置有贯穿曲轴配合部的轴孔11，曲轴配合部上设置有凹槽 13，凹槽13与轴孔11连通以增加曲轴配合部与曲轴20配合时的有效摩擦半径。曲轴配合部 的朝向曲轴20的端面为配合面12，通过在曲轴配合部上设置凹槽13使得发动机飞轮的与曲 轴20配合的配合面12的内径扩大，由此提高了发动机飞轮与曲轴20配合时的有效摩擦半径， 进而提高了可传递力矩，这样就保证了在传递相同力矩时可以减少曲轴20与发动机飞轮之间 的连接螺栓的数量，实现轻量化，同时设置凹槽13能够减少发动机飞轮的重量，使轻量化设 计的效果更好，有效减少车辆的油耗。

结合参见图3，凹槽13的横截面为圆形，且与轴孔11同心设置。圆形的凹槽13可以保 证发动机飞轮的均匀性，保证发动机飞轮在工作过程中运转稳定可靠，进而保证车辆运行平 稳，噪音低，舒适性好。

发动机飞轮与曲轴20连接需要通过连接件，通常该连接件为连接螺栓。为了与连接螺栓 配合，飞轮基体10还包括多个螺栓孔14，多个螺栓孔14均匀布置在以轴孔11的圆心为圆心 的同一圆周上，每个螺栓孔14沿飞轮基体10的轴向贯穿飞轮基体10。

结合参见图4，在本实施例中，凹槽13与螺栓孔14的圆心的最小距离是螺栓孔14的半 径的倍至倍。这样既能够保证结构强度，又能够有效提高发动机飞轮与曲轴20配合时的传 递力矩。

在本实施例中，凹槽13与螺栓孔14的圆心的最小距离是倍的螺栓孔14的半径。

为了保证发动机飞轮的结构强度和使用寿命，凹槽13的深度不能太深，这个深度，设计 人员可以根据不同的车轮和设计参数进行计算确定，在本实施例中，凹槽13的深度在0.3mm 至0.7mm之间。

优选地，凹槽13的深度为0.5mm。这样发动机飞轮的结构强度仍然能够保证，而且可以 实现对发动机飞轮的减重，实现轻量化。

为了提高发动机的传递力矩，同时实现结构的轻量化，根据摩擦面校核公式：

r m = 2 3 × r o 3 - r i 3 r o 2 - r i 2 ]]>

其中，

r_o为发动机飞轮的配合面12的外径；

r_i为发动机飞轮的配合面12的内径。

据上述公式，在一定范围内增大摩擦面外径，也都能达到增大有效摩擦半径从而增大有 效传递力矩的效果。但增大摩擦面外径势必要增大曲轴法兰面外径，对曲轴的轻量化与曲轴 后油封的设计都是不利的。

通过增大有效摩擦半径r_m来实现增大传递力矩T_trans。通过公式分析可知，在一定范围 内增大摩擦面外径r_o或增大摩擦面内径ri，都能达到增大r_m的效果。但增大r_o势必要增大 曲轴20的与发动机飞轮配合的法兰面21的外径，这对曲轴20的轻量化与曲轴后油封的设计 都是不利的。因此，本实施例采用了增大r_i的方式来实现增大传递力矩。

本实施例通过将发动机飞轮的与曲轴20连接的曲轴配合部制造出凹槽13，使凹槽13与 轴孔11形成阶梯(如图4所示)，扩大了配合面13的内径，也即与曲轴20配合的摩擦面的内 径，实现了增大有效摩擦半径，进而增大传递力矩的目的。

具体地，将发动机飞轮的曲轴配合部上加工出深度0.5mm的凹槽13，以达到增大摩擦面 内径的效果，从而实现增大有效摩擦半径，以同样大小的螺栓轴力与摩擦系数实现更大的传 递力矩，以满足发动机的设计要求。

需要说明的是，凹槽13可以通过机加工方式加工，例如，通过车削、铣削等，也可通过 其它方式加工获得，例如铸造等。

现有技术中，发动机飞轮的配合面12的外径为83.6mm，内径为43mm，根据公式计算则 有效摩擦半径为65.5mm。通过计算6个强度等级为10.9级的M10×1的连接螺栓所加载的轴 力只能保证此法兰面有效传递1302Nm的力矩，而该款发动机此处最大的传递力矩要求为 1410Nm，这样为保证发动机的力矩有效传递就需要将6个螺栓的设计结构调整为7个飞轮螺 栓的结构。

而采用通过加工阶梯的方式，将发动机飞轮的配合面12的内径增大到了60mm，有效摩 擦半径就增加到了为72.4mm(如图8所示)。

经校核同样的6个连接螺栓即可保证此发动机飞轮的有效传递力矩达到1441Nm，大于现 有技术的发动机的最大传递力矩要求。这样就实现了采用6个连接螺栓保证发动机飞轮与曲 轴20间发动机的有效力矩的传递。

众所周知，曲轴20的法兰面21尺寸和结构设计是非常紧凑的，很多时候减少一个螺栓 的布置或将连接螺栓的公称直径减小1毫米，即可将曲轴20的法兰外径设计的更加小，使得 发动机运转时，法兰外径油封面线速度降低，油封规格减小，发动机也可布置的更加紧凑。

凹槽13可通过加工实现，也可通过其他制造方式获得。设置了凹槽13增大了曲轴20与 发动机飞轮配合的配合面12的内径，从而实现增大有效摩擦半径，增大有效传递力矩的目的， 实现发动机曲轴后端连接位置的轻量化设计。

优化设计，通过加工飞轮法兰面的简单方式，实现产品轻量化，提高产品经济性。

在本实施例中，凹槽13的半径即为配合面12的内径，也即发动机飞轮与曲轴20配 合的摩擦面的内径，因此，在已经确定发动机飞轮需要传递的传递力矩的情况下，可以 确定需要的有效摩擦半径和发动机飞轮的配合面12的外径，那么，凹槽13的半径根据 公式1确定，

r m = 2 3 × r 0 3 - r i 3 r 0 2 - r i 2 ]]>              公式1

其中，r_m为发动机飞轮与曲轴20配合时的有效摩擦半径，r₀为曲轴配合部的配合面12 的外径；r_i为凹槽13的半径。

根据本实用新型的另一方面，提供一种发动机，该发动机包括发动机飞轮，发动机飞轮 为上述的发动机飞轮。

发动机还包括曲轴20，曲轴20包括与发动机飞轮配合的法兰面21，法兰面21与发动机 飞轮的配合面12配合。此种结构的发动机重量更轻，应用至车辆上后可以有效降低车辆的总 重量，进而降低能耗。曲轴20与飞轮基体10通过螺栓30连接。

根据本实用新型的另一方面，提供一种车辆，车辆包括发动机，发动机为上述的发动机。 从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：本实用新型提 供了一种简单可行，实施较为方便的技术方案，通过优化发动机飞轮的结构，利用最小的曲 轴后端法兰外径与最少的连接螺栓数量，实现曲轴与发动机飞轮间的有效力矩传递。从而达 到减小飞轮螺栓规格、数量，精简曲轴后端法兰结构以实现设计轻量化并达到降低成本的目 的。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术 人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。