CN101629530B - 用于改进曲轴箱疲劳强度的具有断裂分开式主轴承盖的发动机和方法 - Google Patents

用于改进曲轴箱疲劳强度的具有断裂分开式主轴承盖的发动机和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于改进曲轴箱疲劳强度的具有断裂分开式主轴承盖的发动机和方法。本发明在不改变曲轴在曲轴箱中的中心轴线位置的情况下，通过降低曲轴轴承盖的断开分裂线的外边缘来提供发动机曲轴箱的应力区域中的减小的疲劳应力水平。这通过使轴承盖的断开分裂线从曲轴轴线的水平面向下倾斜至轴承盖的外边缘处的稍微较低位置来实现。这充分降低了轴承盖的外边缘以允许更大半径形成连接邻近的曲轴箱侧壁和曲轴箱支撑腹板的横向连接件上。因此，曲轴箱腹板构件中的疲劳应力水平在无需对曲轴箱尺寸作重大改变的情况下而减小。

Description

用于改进曲轴箱疲劳强度的具有断裂分开式主轴承盖的发动机和方法
技术领域
本发明涉及发动机缸体结构，且更具体地涉及断裂分开式曲轴轴承盖上方的曲轴箱腹板区域中的疲劳应力的减小。
背景技术
在涉及发动机曲轴箱的领域，公知的是，曲轴支撑腹板需要吸收来自在发动机气缸中产生的燃烧和惯性载荷以及来自连接至曲轴弯程(crankshaft throws)的往复式和旋转质量的主要应力。为了承受这些载荷，可将发动机曲轴箱和气缸体形成为单个铸件，并且使曲轴轴承盖处于合适位置一起被机加工。然后用心轴将轴承盖分开，留下分裂表面的大体水平的分裂线，在分裂表面处轴承盖通过螺栓或螺柱重新附接至曲轴箱。
为了使应力最小化，支撑腹板到曲轴箱侧壁的结合采用平滑的曲线接合部，从而避免会产生应力梯级的尖角。这些接合部开始于轴承盖的分裂线上方，这会限制更大应力的可利用空间，减小了支撑腹板自身中的半径。当期望在不改变基本的曲轴箱尺寸的情况下增大已经完成的曲轴箱设计的疲劳强度时，这种问题便显现出来了。
发明内容
本发明在不改变曲轴在曲轴箱中的中心轴线位置的情况下，通过降低曲轴轴承盖的分裂线的外边缘来解决所显现出的问题。这通过使轴承盖的分裂线从曲轴轴线的水平面向下倾斜至轴承盖的外边缘处的稍微较低位置来实现。这充分降低了轴承盖的外边缘以允许更大半径形成在曲轴箱支撑腹板和邻近曲轴箱侧壁间的横向连接件上。因此，曲轴箱腹板构件中的疲劳应力水平在无需对曲轴箱尺寸作重大改变的情况下而减小。
作出对所需设计的改变需要确保曲轴箱供应商的确能够在保证轴承盖分裂线的足够斜度的预定公差内使曲轴箱轴承盖分裂开。轴承盖被铸造并加工成单件式曲轴箱组件的一部分。两个槽口形成在内轴承孔直径处的水平面中，彼此间隔180度。这些用作裂开过程的分裂起始点。然后通过从缸体的一端穿过主轴承孔插入的膨胀心轴将轴承盖从铸造组件裂开。通过改变膨胀心轴的形状(特别是，接触并将载荷施加给轴承孔内部的接触点的形状)来影响从起始槽口离开行进的分裂角度或方向。膨胀形状被控制为紧公差并且反过来与对应的分裂角范围相关。
由于分裂路径在每一侧被故意地向下倾斜，因此分裂路径被引向离开高应力区域，从而使这些区域的尺寸增大以减小它们的应力集中。本发明的理念在于在每一侧故意向下引导分裂角以形成更大、更牢固的横截面。在没有被引导的分裂角的情况下，不可能获得更大的截面。以此方式制造曲轴箱构件允许腹板到外壁半径的接合部的稍微更大的半径的设计改变，该稍微更大的半径提供曲轴箱的改善的疲劳应力。
应该指出的是，在说明书和权利要求书中可替换地使用了术语“裂开分裂(crack-split)”和“断开分裂”(fracture-split)以及其他类似术语，这些术语应该被认为具有相同含义。
从下文结合附图对示例性实施方式的描述，将会更全面地理解本发明的这些以及其他特征和优点。
附图说明
图1是朝向曲轴箱结构的发动机缸体的低角度视图，该曲轴箱结构具有多个曲轴支撑腹板壁，曲轴支撑腹板壁在侧壁之间延伸并包括可裂开分裂式、可分开的轴承盖；
图2是朝向曲轴轴承支撑区域的发动机缸体的端视图；
图3是附接有轴承盖的腹板壁下部的放大的横截面视图，示出了轴承盖分裂线的额定的斜度；
图4是支撑区域的放大图，在该图中将现有的平直分裂线与本发明的向下倾斜的分裂线及增大的转接半径进行了比较。
具体实施方式
现在详细参阅附图中的图1和2，标号10总体上表示具有气缸体12的示例性内燃发动机的轮廓图，其中示出了发动机曲轴箱14下部中的结构的相关细节。下部的曲轴箱14包括一对大体平行的纵向延伸的侧壁16，侧壁16具有多个纵向隔开且横向延伸的腹板壁18，该腹板壁18包括上部20，该上部20通过承载的横向连接件22附接至侧壁16。为了使疲劳应力最小化，所述连接件设置有将腹板壁18的上部20与侧壁16连接起来的大的转接半径24。
在制造过程中，发动机气缸体12作为单件式组件被铸造并加工成最终尺寸。所述加工包括在腹板壁18的下部以轴线28为基准钻出曲轴轴承孔26。在加工之后，通过使轴承孔26从槽口32处开始裂开分裂或断开分裂并将盖30从腹板壁18分开，曲轴主轴承盖30便得以从腹板壁18的剩余的上部20移开，其中槽口32在与穿过轴线28的水平面34对齐的情况下在孔26的相对侧上切割而成。
根据现有技术，通常沿分裂线36来分裂开盖30，分裂线36标称地维持在通过对准的曲轴轴承孔26的纵轴线28的水平面34中，如图3和4所示。
然而，根据本发明，通过对分裂心轴进行合适地构形，裂开分裂步骤被修改使得因此得到的从轴承孔轴线28的水平面34中的槽口32处开始的分裂线38从中心槽口32朝轴承盖42的外边缘40向下倾斜。这种改变获得了期望的结果，即，新轴承盖42的外边缘40被制得更短，并且与其匹配的腹板壁18的修改后的上部46的外边缘44被制得更长，使得可将更大的转接半径48应用于横向连接件50，从而使横向连接件的高应力区域中的疲劳应力减小，并使横向连接件的高应力区域有能力承载比具有现有技术构造的轴承盖分裂线的构造更大的载荷。
为了清楚起见，应该指出的是，裂开分裂式轴承盖的分裂线以及其他产物具有粗糙的表面且并非必须是直线，然而，并不是说为了获得本发明的有益效果就必须形成非常直的分裂线。为了获得可能由所述修改设计提供的减小疲劳应力的有益效果而使分裂面足够精确以满足合理的公差，这才是必要的。
尽管已经参照某些优选实施方式描述了本发明，但是应该理解的是，在所述发明理念的精神和范围内可以对本发明作出各种修改。因此，本发明不限于所公开的实施方式，而是旨在涵盖所附权利要求的语言所允许的全部范围。

Claims (9)

1.一种包括气缸体的内燃发动机，该气缸体与曲轴轴承盖作为单件式组件被铸造并加工，所述气缸体包括下部曲轴箱，下部曲轴箱包括一对大体平行纵向延伸的侧壁；其中，通过沿着从穿过曲轴孔轴线的水平面的相对侧处开始的断开分裂线将所述轴承盖从所述气缸体的曲轴支撑腹板分裂开，随后所述轴承盖从所述气缸体被分开；所述腹板上部的外边缘向上延伸超过所述水平面，其中：
来自所述腹板的所述轴承盖的断开分裂线以预定角度从所述水平面向下倾斜至所述轴承盖的外边缘；以及
所述腹板在所述分裂线上方的部分因而被增大，并形成有更大的横截面面积以减小应力集中，并且连接腹板和侧壁的横向连接件设有大的转接半径，从而制造出在邻近曲轴的关键区域中具有改进疲劳强度的气缸体；其中横向连接件位于所述水平面的上方，由此所述转接半径从位于水平面下方的所述轴承盖的外边缘处延伸到位于水平面上方的横向连接件。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述断开分裂线从在所述曲轴孔的相对侧上的所述水平面中形成的槽口处开始。
3.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述分裂线的预定角度维持在固定公差内，该固定公差设置成确保所述关键区域的改进疲劳强度的一致性。
4.一种用于内燃发动机的气缸体，该气缸体包括：
曲轴箱，其包括一对大体平行纵向延伸的侧壁；
多个纵向隔开的腹板壁，其横向地连接在所述侧壁之间，所述腹板壁包括可分离的对开式曲轴轴承盖，所述对开式曲轴轴承盖与所述腹板壁一起限定沿公共轴线对准的曲轴轴承孔；所述轴承盖的裂开分裂线以预定角度从曲轴轴承孔直径处的曲轴轴线的水平面向下倾斜至所述轴承盖的外边缘；
所述腹板壁上部的外边缘向上延伸超过所述水平面，
所述腹板壁在所述裂开分裂线上方的部分因而被增大，并且形成增大的横截面面积从而提供所述腹板壁部分中的减小的应力集中，并且连接腹板壁和侧壁的横向连接件设有大的转接半径；其中横向连接件位于所述水平面的上方，由此所述转接半径从位于水平面下方的所述轴承盖的外边缘处延伸到位于水平面上方的横向连接件。
5.如权利要求4所述的气缸体，其中，所述裂开分裂线从在所述曲轴孔的相对侧上的水平面中形成的槽口处开始。
6.如权利要求4所述的气缸体，其中，所述分裂线的预定角度维持在固定公差内，该固定公差设置成确保所述关键区域的改进疲劳强度的一致性。
7.一种用于减小发动机气缸体的腹板壁中的应力集中的方法，该方法包括：
将该气缸体作为单件整体式组件铸造并加工，所述气缸体包括下部曲轴箱，下部曲轴箱包括一对大体平行纵向延伸的侧壁，其中，通过沿着从穿过曲轴孔轴线的水平面的相对侧处开始的断开分裂线将轴承盖从所述气缸体的曲轴支撑腹板分裂开，随后所述轴承盖被从所述气缸体分开；所述腹板上部的外边缘向上延伸超过所述水平面；其中本方法包括：
使所述轴承盖的断开分裂线以预定角度从所述水平面处的曲轴孔向下倾斜至所述轴承盖的外边缘；以及
通过形成有更大的截面来增大所述腹板在所述分裂线上方的部分以减小它们的应力集中，并且连接腹板和侧壁的横向连接件设有大的转接半径，从而制造出在邻近曲轴的关键区域中具有改进疲劳强度的气缸体；其中横向连接件位于所述水平面的上方，由此所述转接半径从位于水平面下方的所述轴承盖的外边缘处延伸到位于水平面上方的横向连接件。
8.如权利要求7所述的方法，包括：将所述分裂线的预定角度控制在预定公差内，所述固定公差设置成确保所述关键区域的改进疲劳强度的一致性。
9.如权利要求8所述的方法，包括：使所述轴承盖的断开分裂线的分裂从槽口处开始，所述槽口形成在曲轴孔直径处的水平面中，彼此间隔180度。
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