CN102667198B - 用于车辆内燃机的轴瓦片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于内燃机的轴瓦片(100)，所述轴瓦片(100)由主体部组成，主体部限定了具有涂层并且与润滑油膜层接触的内表面(1)和与轴承关联的对置外表面(2)，内表面(1)至少具有基本上未受到由空气燃料混合物爆炸而导致的活塞运动所产生的压缩载荷的第一区域(10)和受到因空气燃料混合物爆炸而导致的活塞运动所产生的压缩载荷的第二区域(20)，第一区域(10)至少具有用于捕获润滑油膜层中存在的杂质微粒的表面部分(3)，表面部分(3)包括多个穴(4)，该多个穴(4)布置成使得至少一个杂质微粒在朝向润滑油流移动并且到达第二区域(20)之前，能够被至少一个穴(4)捕获并保留。

Description

用于车辆内燃机的轴瓦片

技术领域

本发明涉及理想地用在内燃机中的轴瓦片，该轴瓦片在未受到爆炸时活塞运动所产生的压缩载荷的区域上包括穴或孔，该穴或孔能够捕获由润滑油携带的微粒或残渣。本发明还涉及由两个片件组成的轴瓦，其中至少一个片件具有以下说明并限定的创新性特点。

背景技术

内燃活塞发动机主要包括连接有一个或多个汽缸盖的发动机组(其包括一个或多个汽缸和曲柄组合件或曲轴组合件)。曲轴组合件由活塞、连杆和曲轴组成。

连杆是将活塞与曲轴连接的部件并且具有将活塞在汽缸内的交替往复运动转变成曲轴的连续角运动(摆动)的基本功能。连杆主要由第一最宽部、主体部和相对端部组成。最宽部通过螺钉固定至曲轴，并且相对端部由螺栓固定在活塞下方。一些连杆的头部具有倾斜连接部，以便在装配或拆卸发动机期间进行操作。

当发动机运行时，活塞直线地往复移动。随着活塞的运动，各个连杆移动，并且连杆的连接至曲轴的相对端部做圆周运动，从而使曲轴做角运动。

为了使发动机恰当工作，曲轴与发动机的其它部件之间的连接必须由本领域专业人员已知的轴承(如轴瓦或连杆轴承)来实现。然而，不管轴承的具体布置如何，轴承通常被认为是滑动轴承。

在内燃活塞发动机中，轴瓦或连杆轴承可以用作(i)与发动机组有关的曲轴轴承、(ii)与曲轴有关的连杆轴承和(iii)其他不太常见的场合中的凸轮轴轴承。

具体而言，研发用于曲轴中的轴承被称为轴瓦。通常，轴瓦由两个钢构架来形成，这两个钢构架呈半圆形式(以便于装配)、内部涂有软金属且具有减小磨耗和杂质微粒嵌入的性质。

轴瓦的外表面具有以下硬度特性：允许与其收纳件紧密接触而不变形，保证轴瓦的适当支承并且使摩擦产生的热量适当地消散从而避免过热。

此外，轴瓦的内表面具有能够由诸如铜或铝合金等不同金属合金组成的涂层，通常寻求耐磨耗、耐磨损、抗裂且可变形度较好的合金，以使轴瓦即便在最恶劣的发动机操作环境下仍具有较长使用寿命。

由于所寻求的是低排量和更节能的发动机，因此减小内燃机磨耗是待探究的一个重要方面，该发动机必须设计成下述以支持这些效果：提高所产生的单位功率输出，并且用更大的应力来使其内部部件过载。

另外，轴瓦的内表面的形状和轮廓也日趋变成了用于提高系统性能的重要方面。在该情形下，为了获得最大程度上减小磨耗、提高润滑能力和增加耐久力的涂层，各种专门的精加工技术已经用到了轴瓦中。

常规轴瓦的一个缺点在于，其内涂层可能因操作中的高压缩力的作用而被润滑油所携带的夹杂物(杂质微粒)损坏(刮伤)。由于不存在穴或孔，并且还因为不存在用于快速排出微粒的装置，因此如果例如推迟了很久才更换润滑油，那么部件的耐久性可能显著降低。

为了弥补该缺点，提出了一系列轴瓦，所述轴瓦具有槽或孔，该槽或孔沿着受到由爆炸时活塞运动所产生的压缩载荷的区域而布置。这些槽具有以下功能：将包含在润滑油中的杂质微粒从轴承引到外部，以防止杂质微粒使轴瓦的内表面损坏或缺损，进而在极端条件下可能引起轴瓦过早发生故障。

日本专利文献JP 5-202936披露了用于内燃机的流体动力轴瓦，其明显具有在载荷下操作的部分和在载荷下不操作的各个对置相邻部。

在流出区域附近并且在未受载荷的区域中，轴瓦包括用于排出润滑油中存在的杂质微粒的多个槽。文献还披露了，所述槽的深度在朝向在载荷下操作的部分的方向上减小。

然而，该文献所提出的方案被证明效果不佳，因为其仅仅是从轴瓦中排出杂质微粒，而没有保留杂质微粒并将杂质微粒从润滑油中排出。从而，如果微粒没有被润滑滤清器捕获，则不能防止该同一微粒返回至轴瓦或者到达发动机的另一个部件，进而可能最终损害该部件。

该日本文献所提出的方案的另一个缺点在于，存在于该部分中的槽需要增加由泵供应的油的流量，以实现轴承的流体动力支承状态。流量越大则油泵所需的电力越大，该电力由发动机的操作来供应，从而将减小可供使用的电力。

北美专利文献US 2008/0187259提到了用于内燃机中的轴瓦，该轴瓦的内表面包括位于流出区附近并且与容纳有来自泵的油的径向槽连通的两个轴向端部槽。

由于该轴瓦的特殊结构，最终存在于油中的杂质微粒将随着轴承相关于轴瓦的旋转而进入径向槽，并且被引向一个轴向端部槽，杂质微粒从该轴向端部槽离开轴瓦的内表面。

如前述文献，所提方案效果不佳，因为仅仅是将杂质微粒引到了轴瓦外部又使其返回至润滑油中，而非保留杂质微粒并将杂质微粒从润滑油中排出。此外，美国文献中所述的轴瓦还需要增加由泵供应的油的流量，以实现轴承的流体动力支承状态。从而，增加了油泵操作时所需的动力。

综上所述，应该注意到，尚未研发出以下用于内燃机的轴瓦：该轴瓦捕获并保留润滑油的杂质微粒以避免轴瓦的内表面损坏或缺损，并且不会引起诸如油泵消耗的电力增加等附带缺点，并且制造成本在商业上可行。

发明内容

本发明旨在提供用在内燃机中的轴瓦片，该轴瓦片的内表面上在未受到由空气燃料混合物爆炸而产生的较大压缩载荷的区域中形成有能够捕获由润滑油携带的杂质微粒或残渣的穴。

此外，本发明涉及至少包括当前所寻求的片件的轴瓦。

本发明的目的由以下用于内燃机的轴瓦片来实现：其由主体部组成，主体部限定了具有涂层并且与润滑油膜层接触的内表面和与轴承关联的对置外表面，内表面至少具有基本上未受到由空气燃料混合物爆炸而导致的活塞运动所产生的压缩载荷的第一区域和受到因空气燃料混合物爆炸而导致的活塞运动所产生的压缩载荷的第二区域，第一区域至少具有用于捕获润滑油膜层中存在的杂质微粒的表面部分，表面部分包括多个穴，该多个穴布置成使得至少一个杂质微粒在朝向润滑油流移动并且到达第二区域之前，能够被至少一个穴捕获并保留。

此外，本发明的目的由至少包括以上限定的轴瓦片的轴瓦来实现。

通过实例和以下附图的详细描述将更容易地理解上述特点和本发明的其它方面。

附图说明

下面，基于附图中所示的实施例来更详细地说明本发明。附图示出了：

图1是表示现有技术中的轴瓦片的透视图。

图2是作为本发明目标的轴瓦片的透视图。

图3是图2所示轴瓦片的平面图。

图4是图2和图3所示的轴瓦片的侧视图。

图5是作为本发明目标的轴瓦片的表面部分的示意图，图中穴布置成捕获并保留润滑油中存在的微粒。

图6是图5中示意性示出的穴的放大透视图。

图7是放大了100倍的穴的表面的显微图。

图8是在穴的表面区域中的轴瓦片截面的显微图，图中示出了穴。

具体实施方式

图1示出了表示现有技术的用在内燃机中的流体动力轴瓦50的一半或片件，所述片件的内表面被划分为在载荷下操作的部分51(其受到由空气燃料混合物爆炸进而活塞相应地运动所产生的压缩作用)和在载荷下不操作并且位于流出区(轴瓦的自由端)附近的各个对置相邻部分52，53。

在部分52，53中，轴瓦50包括大致沿横向或轴向的多个槽54-57，以去除油中存在的杂质微粒。所述槽的深度沿着朝向在载荷下操作的部分51的方向而减小。

然而，由于槽54-57仅仅将杂质微粒引到轴瓦外部而没有捕获它们，因此所述方案效果不佳。因此，所述微粒返回至润滑油，从而不能保证微粒不会返回至用于润滑轴瓦的油膜或任何其它发动机部件。

与图1所示现有技术的轴瓦有关的另一个缺点是槽54-47的过大容积，由此为了满足并实现流体动力轴承的恰当作用并且避免旋转轴与轴瓦之间的金属-金属接触，需要大量润滑油。

为保证流体动力轴承作用所必需的大量用油要求使用大功率/大流量油泵进行泵送，从而具有以下缺点：为了驱动油泵，发动机将消耗更多动力，并且至少理论上讲，传送至诸如高处部件(盖部或气阀机构)等发动机的其它部件的油压将增加。

一般来说，如本领域技术人员所公知的那样，因为诸如液压阀挺杆等发动机的一些部件的工作性能在油压过大的情形下可能被削弱，因此油压的增加需要恰当地衡量。

图2示出了本发明的流体动力轴瓦片100，该轴瓦片100的主体部C呈大致半圆形式且限定有第一内表面1和第二外表面2。内表面1包括具有耐磨耗性、耐磨损性、抗裂性和优良的可变形性的任何涂层，以使即便在最恶劣的发动机操作条件下仍具有较长使用寿命。

内表面1至少还包括具有多个穴4的表面部分3，所述穴4的功能将在下文中说明。外表面2可以由任何必要或适当的金属材料制成。同样地，在所得到的发明不脱离所附权利要求书的保护范围的情况下，内表面1的涂层可以进行很多种变化。

当片件100在安装和操作时内表面1与润滑油接触，而在曲轴的情形下，外表面2自身与诸如发动机组中存在的轴承等静态轴承面对。

轴瓦由彼此对置的两个片件100形成，以限定用于定位的圆形开口。在作为本发明对象的轴瓦的情形下，至少一个片件应该具有上述多个穴4。片件100具有图3中附图标记101所示的轴向长度尺寸。

基于图4，可以假定轴瓦片100被划分为三个主要部分，其中第一部分(标示为10)与片件的第一自由端相邻，第二部分20大致在中间，并且第三部分30与片件100的第二自由端相邻。

简单地说，可以说第一部分10从片件的第一自由端L1起延续大约45°，接着第二部分20延续90°，最后第三部分30延续最后的45°以到达片件的第二自由端L2。显然，在不脱离权利要求书的保护范围的情况下，可以有无数种变化。

优选地，片件的大致位于中心的第二部分20受到在空气燃料混合物爆炸时活塞运动所产生的载荷(因此，第二部分20为载荷部分)。因此，部分10和30与片件100中未受到由空气燃料混合物爆炸所产生作用的区域对应(无载荷部分)。

从图3和图4的分析可以看出，具有多个穴4的表面部分3位于片件的第一区域10，即无载荷区域，这是本发明恰当工作的必要条件，如下文所述。

显然，轴瓦受载荷的部分的位置可以自由变化。在某些发动机中，主要是根据狄塞尔循环操作(Diesel cycle)的那些发动机，轴瓦片在连杆中的位置是倾斜的。在该种布置中，片件中受到由空气燃料混合物爆炸所产生的作用的区域不是位于中部，而是与一端相邻。因此，理想地在发动机中操作的并作为本发明对象的轴瓦片如此构造时，具有多个穴4的表面部分3会位于没有载荷的区域，这可能与图4所示片件的区域不同。

实质上，只要表面部分3位于载荷区域外部，具有多个穴4的表面部分3在片件中的位置就可以自由变化，并且发现表面部分3的定位的特性与油的流量有关，这将在下文中说明。

优选地，表面部分3布置在角度α处，角度α可以根据发动机特性而从片件的中心计起在10°至60°内变化(优选为45°)，并且表面部分3的端部从角度α计起布置在角度β处，所述角度β可以在1°至30°内变化(优选为15°)。

更优选地，如图3中清晰可见，表面部分3具有预定宽度102并且在轴瓦片100的整个轴向长度101上延续。然而，可以设想根据本发明教导的并且包含在权利要求书保护范围内的片件100，其表面部分3的轴向长度小于片件的轴向长度101。

应当注意，不管具有穴4的表面部分的优选位置如何，考虑到片件100中润滑油的流量，该表面部分应该布置在供给加压油的位置附近并且在载荷区域之前。

当轴在主要由两个轴瓦片形成的腔内旋转时，轴自然朝向其旋转方向带动润滑油。其中存在的油在泵的压力作用下被不断供给，以使对轴进行流体动力支承，即，轴被支承在油上而没有接触轴瓦片(接触轴瓦片会引起这些部件的严重磨损和破裂)。

从最优化系统工作的角度出发，片件100设计成下述方式：润滑油在第一自由端L1附近供给，并且沿纵向移动经过片件的内表面，直到润滑油从第二自由端L2离开轴瓦片。

显然，为了使润滑条件最优化，轴以下述方式旋转：轴贴附着片件100的内表面沿方向44从L1旋转至L2，以便使润滑油与泵一起流动(参见图3和图5)。

考虑到润滑油的流动，具有穴4的表面部分应该位于无载荷区域并且与将油送入片件100的位置大致相邻，以便允许任何杂质微粒在到达轴瓦的载荷区域之前穿过该表面部分。

在这点上，本领域的技术人员已经知道，当杂质微粒经由润滑油进入轴瓦片并且在载荷区受到高压力时，可能出现(事实上在很多情形下出现)微粒嵌入并且永久粘附在内表面上的情况。一段时间后，可能嵌入片件的内表面中的杂质微粒可导致轴承因疲劳或刮伤而过早发生故障，并且还可能刮伤轴。当疏忽了更换油的时间间隔和/或在恶劣条件下使用发动机时，所述情形更加严重。

这就是轴瓦片100包括具有穴4的上述部分的原因，所述穴4位于润滑油供给位置附近，总是朝向油流且在载荷区域之前。

因此，在作为本发明对象的片件100中，油膜通过泵产生的压力和轴的圆周运动而到达内表面并且流动。在油路径中，油在到达载荷区域之前穿过具有穴4的部分，并且穴4“捕获”任何微粒，从而防止微粒到达载荷区域，进而防止微粒在载荷区域中附着在片件的内表面上。穴布置成，油膜在该位置处的压力足以有助于穴捕获这些微粒。

由此，本发明确保微粒不会返回到润滑油并在润滑油中循环，从而避免将来微粒进入轴瓦或发动机的其它部件中进而以某种方式缩短发动机的使用寿命。

为了易于捕获并吸附微粒，穴可以设定成多种形式。优选地，穴4由激光表面织构工艺来制造，但只要能够获得相同的最终结构也可以由其它工艺制造。

图5示出了具有穴4的表面部分3，所述穴4彼此之间相距预定距离(参见附图标记43)并且穴4同样沿轴的旋转方向44(从而，沿油流的方向)分布在片件100中。穴4布置成，当杂质微粒朝向润滑油流移动时，不管杂质微粒的轨迹如何(完美的直线或斜线)，均可找到能够捕获并保留杂质微粒的至少一个穴4。

优选地，从图6可见，穴4的直径41在10μm到300μm之间(典型地为100μm)，深度42在10μm到200μm之间(通常为50μm)，并且中心之间的距离43在20μm到500μm之间，通常为200μm。这些特性和布置确保从油膜中更有效地捕获杂质微粒。然而，该有利结果也可以采用其他特性来获得。

另外，没有强制要求穴之间要等距。

具有穴4的部分的位置与直径41和穴的分布一起使得：如果杂质微粒位于轴瓦与旋转轴之间，则在轴的旋转方向和油流的方向44上，于微粒的轨迹中可找到至少一个穴4能够捕获该微粒，从而防止微粒继续移动至载荷区域。

在捕获了任何杂质微粒之后，防止片件100的表面损伤或者极端情形下过早出现故障。

然而，显然，只要能够获得该有效结果，穴可以具有任何其它的形式并且/或者以诸如彼此之间等间距或不等间距等任何其它方式布置。

还应当注意，由两个片件构成的轴瓦是具有新颖性和创造性的发明，并且包含在文中所附权利要求书的范围内，其中至少一个片件具有本文所限定的片件100的创新特性。

已经说明了优选实施例的实例，应该理解本发明的范围包括其它可能的变形，并且仅仅由文中所附权利要求书的内容及其包含的可能等同内容来限定。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的轴瓦片(100)，其由主体部组成，所述主体部限定了具有涂层并且与润滑油膜层接触的内表面(1)和与轴承关联的对置外表面(2)，所述内表面(1)至少具有基本上未受到由空气燃料混合物爆炸而导致的活塞运动所产生的压缩载荷的第一区域(10)和受到因空气燃料混合物爆炸而导致的活塞运动所产生的压缩载荷的第二区域(20)，所述第一区域(10)至少具有用于捕获润滑油膜层中存在的杂质微粒的表面部分(3)，所述轴瓦片(100)的特征在于，所述表面部分(3)包括多个穴(4)，所述多个穴(4)布置成使得至少一个杂质微粒在朝向润滑油流移动并且到达所述第二区域(20)之前，能够被至少一个所述穴(4)捕获并保留。

2.根据权利要求1所述的轴瓦片，其特征在于，所述穴(4)的中心之间的距离(43)在20μm到500μm之间。

3.根据权利要求1所述的轴瓦片，其特征在于，所述穴(4)的中心之间的距离(43)为200μm。

4.根据权利要求1所述的轴瓦片，其特征在于，还包括基本上未受到由空气燃料混合物爆炸而导致的活塞运动所产生的压缩载荷的第三区域(30)。

5.根据权利要求1所述的轴瓦片，其特征在于，所述表面部分(3)在整个轴向长度(101)上延续。

6.根据权利要求1或2所述的轴瓦片，其特征在于，所述表面部分(3)的一个端部从所述轴瓦片的对称中心计起布置在从10°至60°的范围内的角度α处。

7.根据权利要求6所述的轴瓦片，其特征在于，所述表面部分(3)的另一个端部从角度α处计起布置在角度β处，所述角度β在从1°至30°的范围内。

8.根据权利要求1所述的轴瓦片，其特征在于，穴(4)的直径(41)在10μm到300μm之间。

9.根据权利要求1或8所述的轴瓦片，其特征在于，穴(4)的深度(42)在10μm到200μm之间。

10.一种轴瓦，其特征在于，至少包括如权利要求1至9中任一项所限定的轴瓦片(100)。