CN103384773A - 具有改善的侧载荷能力的轴承壳 - Google Patents

Abstract

公开一种具有改善的侧载荷能力的发动机轴承壳。发动机轴承(100)包括具有第一单个侧减除部分(130)的上轴承壳(106)。发动机轴承(100)还包括具有第二侧减除部分(140)的下轴承壳(108)。上轴承壳(106)和下轴承壳(108)可被组装以形成布置在其间的大致柱形的孔(112)。第一单个侧减除部分(130)和第二单个侧减除部分(140)被构造成补偿在位于组装的上轴承壳(106)和下轴承壳(108)之间的分型线(210)处发生的任何偏移变化。

Description

具有改善的侧载荷能力的轴承壳

技术领域

本发明整体涉及发动机轴承，更具体地涉及采用发动机轴承壳的内燃发动机系统和方法。

背景技术

随着热量增加，发动机部件开始磨损。摩擦产生热。发动机轴承用来减小摩擦、热和磨损。发动机轴承、例如对分轴承，通常构造成两个部分，即上半轴承壳和下半轴承壳。上半和下半轴承壳一起形成轴承壳。

轴承壳提供回转部件(例如曲轴)倚靠的接触表面。这种轴承壳在曲轴插入前首先安装在曲轴箱中，使得上半壳定位在曲轴箱的上半部(发动机缸体部分)中并且下半壳定位在曲轴箱的下半部(轴承盖或者套部分)中。当发动机缸体部分和轴承盖部分被紧固时，上半轴承和下半轴承的端部被推在一起或者压配合，并且轴承被迫进入轴承孔。这种压配合通常称为“轴承挤压(bearing crush)”。得到的轴承孔还帮助限定活塞发动机中的气缸的直径测量值。

但是，这种轴承挤压会造成上半轴承壳和下半轴承壳在分型线处变得不对准。分型线是指两个轴承半部结合在一起的区域。

更具体地，例如，发动机缸体和轴承盖内形成的孔会略微不对准。这样，轴承的上半壳体和下半壳体在结合在一起时也会不对准。由这种不对准造成的锋利边缘会从转动的曲轴去除或刮掉润滑剂。

结果，这种不对准通常需要在制造过程中或之后去除轴承壳端部或侧部的材料，以避免引入倾向于将需要的润滑剂从转动部件刮掉的锋利边缘。虽然这种常规的材料减除(relief)方案可减轻不对准造成的润滑剂问题，但不加选择地从各个位置去除轴承材料极大地减小了这种轴承壳的载荷承受能力。例如，由发动机供能并位于发动机侧部的带驱动载荷会产生在轴承壳的侧部或分型线处集中的载荷。由于减除的材料去除造成的载荷承受能力减小，这种轴承壳很容易不能支承这种侧载荷(side load)并且因此会被损坏。

因此，不加选择地从轴承壳的各个位置减除或者去除轴承材料以实现表面之间的平滑、低摩擦运动的常规技术造成发动机失效。因此，希望特别是提供一种改善的轴承壳。

发明内容

根据一种实施方式，本发明涉及一种发动机轴承。发动机轴承包括具有第一单个侧减除部分的上轴承壳。发动机轴承还包括具有第二单个侧减除部分的下轴承壳。上轴承壳和下轴承壳可被组装以形成布置在其间的大致柱形的孔。第一单个侧减除部分和第二单个侧减除部分被构造成补偿在位于组装的上轴承壳和下轴承壳之间的分型线处发生的任何偏移变化(offset shift)。

在另一实施方式中，本发明涉及一种具有被构造成接收上轴承壳的发动机缸体的内燃发动机。上轴承壳包括第一单个侧减除部分。内燃发动机还包括被构造成接收下轴承壳的轴承盖。下轴承壳具有第二单个侧减除部分。发动机缸体和轴承盖还包括组装构造，使得上轴承壳和下轴承壳在组装构造限定大致柱形的孔。第一单个侧减除部分和第二单个侧减除部分被构造成补偿在布置于上轴承壳和下轴承壳之间的分型线处发生的任何偏移变化。

在另一实施方式中，本发明涉及一种减少轴承支承对内燃发动机中的发动机缸体和轴承盖不对准的影响的敏感性的方法。该方法包括将上轴承壳定位在发动机缸体的凹部内。上轴承壳包括第一单个侧减除部分。该方法还包括将下轴承壳定位在轴承盖的凹部内。下轴承壳包括第二单个侧减除部分。此外，该方法包括组装发动机缸体和轴承盖。

附图说明

图1示出容纳在内燃发动机的曲轴箱中的发动机轴承。

图2示出内燃发动机中的发动机缸体和轴承盖结合处的不对准。

图3示出适用于上轴承壳的单个部分和下轴承壳的单个部分的选择性单个侧减除的放大部分。

图4示出显示具有适用于上轴承壳和下轴承壳的4个位置的侧减除的常规轴承壳的影响的极坐标图；

图5示出显示根据发动机轴承的一种实施方式具有只在需要处适用的选择性侧减除的轴承壳上的影响的极坐标图。

图6示出具有平的侧表面的轴承壳的一种实施方式。

图7以流程图形式示出用于减小轴承支承对内燃发动机中的发动机缸体和轴承盖不对准的影响的敏感性的方法。

具体实施方式

现在详细参考在附图中示出的示例性实施方式。只要可能，相同的附图标记将在附图中用来指代相同或相似的部件。

图1示出内燃发动机的横截面，该内燃发动机包括容纳在内燃发动机120的曲轴箱内的发动机轴承100。发动机轴承100包括上轴承壳106和下轴承壳108。上轴承壳106和下轴承壳108可被组装以形成设置在两者之间的柱形孔112。但是，在发动机轴承盖104的制造或组装过程中或者其组装或挤压过程中，上轴承壳106和下轴承壳108会在区域150、160处不对准。因此，选择性单个侧减除130、140可分别适用于上轴承壳106的选择部分和下轴承壳108的选择部分。适用于上轴承壳106和下轴承壳108的选择部分的这种选择性单个侧减除部分130、140被构造成补偿轴颈114的任何预先选择的转动方向和会在位于组装的上轴承壳106和下轴承壳108之间的分型线110处发生的偏移变化。在一种例子中，上轴承壳106的这种第一单个侧减除部分130和下轴承壳108的第二单个侧减除部分140可各自包括去除的轴承材料。

发动机轴承100是对轴承的选择性部分采用单个侧减除在发动机中提供改善的油润滑的可限定结构。这种改善的油润滑通过在例如曲轴轴颈114和轴承之间提供充分的油来帮助防止会由油不足造成的与刮掉的油相关的轴承失效。流至轴承的油在曲轴轴颈和轴承之间形成油膜。曲轴轴颈的转动趋于推动轴颈和轴承之间的油，并在正常操作过程中，随着加压油形成来防止金属-金属接触。缺少润滑或者油不足会造成金属-金属接触、增加的摩擦和更高的温度，导致轴承卡到轴上。在极端情况下，轴承表面会牢牢附着、或者卡住，因此造成曲轴表面完全被毁。

在一种例子中，发动机轴承100包括上轴承壳106的第一单个侧减除部分130和下轴承壳108的第二侧减除部分140，使得第一单个侧减除部分130和第二单个侧减除部分140相对于柱形孔112直径相对。柱形孔112限定发动机中的轴颈直径的测量值。如这里使用的，分型线指当发动机缸体部分102和轴承盖部分104被紧固，由此造成上半轴承106和下半轴承108的端部被推在一起或者压配合从而轴承被迫进入轴承孔112中时产生的标记。这种压配合也会造成半壳106、108摩擦地抓牢孔116、118。

在另一例子中，第一单个减除部分130和第二单个减除部分140分别设置在上轴承壳106和下轴承壳108的内表面上。在另一例子中，上轴承壳106的第一单个侧减除部分130和下轴承壳108的第二单个侧减除部分140可设置在其外表面上。

在另一例子中，上轴承壳106的第一单个侧减除部分130和下轴承壳108的第二单个侧减除部分140可各自包括大致平的表面330、340(见以下的图3)。上轴承壳106的平的表面330和下轴承壳108的平的表面340可被构造成与分型线110周向隔开。在又一种例子中，在发动机轴承的组装构造中，上轴承壳106的第一单个侧减除部分130和下轴承壳108的第二单个侧减除部分140定位在分型线110的相对侧上。

图2示出内燃发动机中发动机缸体和轴承盖的结合处的不对准。为了缓解这种不对准的影响，需要向上轴承壳106和下轴承壳108的选择性部分适用侧减除。在一种实施方式中，发动机缸体102可被构造成接收上轴承壳106。同样，轴承盖104可被构造成接收下轴承壳108。由于发动机缸体制造或者轴承制造或者组装问题，发动机缸体102和轴承盖104会在分型线110处变得不对准。这会造成上轴承壳106和下轴承壳108在轴承半部106、108结合在一起的分型线210处不对准。此外，盖104到缸体102的紧固组件会挤压半壳106、108，造成半壳在分型线112处凸出或者伸出到孔112中。因此，形成在发动机缸体102和轴承盖104内的孔112会变得不对准并变形脱离预先选择的大致柱形形状。这样，当在分型线210处结合在一起时，上轴承壳106和下轴承壳108也会在区域150、160中不对准。这种不对准造成的锋利边缘会从在孔112内操作的转动轴颈114刮掉或去除必要的润滑剂。

消除这种锋利边缘的常规方式导致轴承壳的载荷能力减小。例如，由发动机供能并位于发动机一侧的带驱动载荷会产生在靠近分型线110、210的侧部或区域处集中的载荷。由于材料去除造成的减小的载荷能力，减小厚度区域中的轴承壳不能支承这种载荷，因此会被损坏。

图3示出适用于上轴承壳106的单个部分和下轴承壳108的单个部分的选择性侧减除的放大部分。在一种实施方式中，发动机缸体102和轴承盖104具有组装构造，使得上轴承壳106和下轴承壳108在组装构造限定更平滑的柱形孔112。这种更平滑的柱形孔112可通过只施加到上轴承壳106的一个部分的第一单个侧减除部分130和只施加到下轴承壳108的一个部分的第二单个侧减除部分140实现。这样，第一单个侧减除部分130和第二单个侧减除部分140被构造成补偿在布置于上轴承壳106和下轴承壳108之间的分型线210处出现的任何偏移变化。只施加到上轴承壳106和下轴承壳108两者的一个部分的这种选择性单个侧减除部分130、140消除了由于在上轴承壳106和下轴承壳108的每个的多个部分刮掉材料造成的减小载荷能力引起的问题。因此，对于逆时针转动的轴颈114，为了消除沿着各自转动路径的锋利边缘，材料可只从下轴承壳108的左侧和只从上轴承壳106的右侧去除。值得注意的是，对于顺时针转动的曲轴施加相反。

在一种例子中，内燃发动机可被构造成使得上轴承壳106的第一单个侧减除部分130和下轴承壳108的第二侧减除部分140相对于柱形孔112直径相对。第一单个减除部分130和第二单个减除部分140可分别设置在上轴承壳106和下轴承壳108的内表面上。在组装构造中，上轴承壳106的第一单个侧减除部分130和下轴承壳108的第二单个侧减除部分140可设置在上轴承壳106和下轴承壳108的分型线210的相对侧上。上轴承壳106和下轴承壳108的这种分型线210可大致平行于可布置在发动机缸体102和轴承盖104之间的另一分型线110布置。同样，在另一实施方式中，上轴承壳106的第一单个侧减除部分130和下轴承壳108的第二单个侧减除部分140可设置在其外表面上。上轴承壳106的第一单个侧减除部分130和下轴承壳108的第二单个侧减除部分140可均被构造成大致平的表面。上轴承壳106的这种平的表面330和下轴承壳108的平的表面340可与布置在上轴承壳106和下轴承壳108之间的分型线210周向隔开。

图4示出显示具有适用于上轴承壳和下轴承壳的4个位置的侧减除的常规轴承壳的影响的极坐标图。值得注意的是，具有施加在4个位置的侧减除允许轴颈114顺时针或逆时针转动，而不具有将油从孔112刮掉的锋利边缘。如图4中的极坐标图所示，这种侧减除施加在上轴承壳的上左和上右位置以及下轴承壳的下左和下右位置。

图5示出显示根据发动轴承的一种实施方式具有只在需要处适用的选择性侧减除的轴承壳上的影响的极坐标图。例如，对于顺时针转动的曲轴，图5显示只选择性施加在轴承壳的两个位置处的侧减除，即只在上轴承壳的上左位置和只在下轴承壳的下右位置。

图4和5中示出的极坐标图提供评估只向上轴承壳106和下轴承壳108的选择性部分施加侧减除的不同应用的轴承壳的载荷承受能力的信息。极坐标图表现了二维坐标系，其中从固定点的距离和从固定方向的角度确定平面上的每个点。更具体地，发动机轴承壳的许可载荷承受能力度量值在这里表示为极坐标图，其中在从发动机的前部看上顺时针地测量载荷角。载荷(N)径向向外作用。在图5中，对于顺时针转动的曲轴，材料可只从下半轴承壳的右侧和上半轴承壳的左侧去除。这种材料去除消除了沿着曲轴的顺时针转动路径的锋利边缘，并提供了与常规设计相比增加的载荷能力。如图5的中心所示，在大约90和98度之间和大约270和278度之间的极坐标图中，只有对应于材料去除的减小区域的侧载荷能力减小。应当认识到，对于逆时针方向的曲轴转动来说，材料可只从下半壳的左侧和上半壳的右侧去除。可以观察到，在上和下轴承的每个角部位置(即，图4中的)具有侧减除的轴承壳具有较小的载荷能力，因为较多的材料从轴承壳去除。另一方面，只在两个位置处具有选择性侧减除的轴承壳具有增加的载荷能力，因为较少的材料从轴承壳去除，如图5所示的。

图6示出轴承壳的另一实施方式，轴承壳具有大致平的侧表面，使得平的侧表面可在轴承壳和发动机缸体102与轴承盖104的分型线110之间提供充分的间隙，以减小两者之间的任何不对准的影响。与上轴承壳106相关的第一平的侧表面620可与分型线110成角度或者切向布置。同样，第二大致平的侧表面630可与分型线110成角度或切向布置。轴承壳的分型线610会偏移。如可以认识到的，上轴承壳106和下轴承壳108的限定第一平的侧表面620和第二平的侧表面630的部分可具有与上轴承壳和下轴承壳的其他部分相比减小的厚度。相对于轴承壳的其余部分，上轴承壳106和下轴承壳108可在减小厚度的这些区域中具有减小的侧载荷能力。在另一实施方式中，上轴承壳106和下轴承壳108的分型线也会失调。这样，上轴承壳106和下轴承壳108的水平分型线610可失调成使得上轴承壳106和下轴承壳108不在平的侧表面620、630的区域处结合。

图7以流程图形式示出用700表示的用于减少轴承支承对内燃发动机中的发动机缸体和轴承盖不对准的影响的敏感性的方法。该方法开始于操作702。在操作704中，上轴承壳106可定位在发动机缸体102的凹部内。上轴承壳106可被构造有单个侧减除部分。在操作706中，下轴承壳108可被定位在轴承盖104的凹部内。下轴承壳108可被构造有单个侧减除部分。在操作708中，发动机缸体102和轴承盖104被组装。发动机缸体102和轴承盖104可借助例如发动机组装机组装。过程结束于操作710。

在一个例子中，用于减少轴承支承对内燃发动机中的发动机缸体和轴承盖不对准的影响的敏感性的方法包括基于内燃发动机120的转动角度定位上轴承壳106的内侧减除部分和下轴承壳108的内侧减除部分。在另一例子中，所述方法包括将上轴承壳106的外部平表面620和下轴承壳108的外部平表面630定位成均跨越发动机缸体102和轴承盖104之间的不连续部。

工业实用性

公开的发动机轴承可设置在需要充分润滑的任何机器或发动机中。例如，发动机轴承可特别应用于提供发动机中的改善油润滑的可限定结构。现在将解释发动机轴承的操作。

在正常操作过程中，发动机轴承100可容纳在内燃发动机120的曲轴箱中。发动机轴承100可包括具有第一单个侧减除部分130的上轴承壳106。同样，发动机轴承100可包括具有第二单个侧减除部分140的下轴承壳108。上轴承壳106和下轴承壳108可组装以形成布置在两者之间的柱形孔112。第一单个侧减除部分130和第二单个侧减除部分140被构造成补偿在位于组装的上轴承壳106和下轴承壳108之间的分型线110处发生的任何偏移变化。

对轴承的选择部分采用单个侧减除的发动机轴承100帮助防止会由于油缺乏造成的与油有关的轴承失效。例如，曲轴轴颈的转动倾向于推动轴颈和轴承之间的油。这样，在正常操作中，在曲轴轴颈和轴承之间提供充分的油帮助随着加压油形成而防止金属-金属接触。缺乏润滑或者油不足会造成金属-金属接触、磨擦增加和更高的温度，这会导致轴承卡到轴。在极端情况下，轴承表面会紧紧附着，因此造成曲轴表面完全毁坏。

而且，具有不足油膜的发动机的延长操作会造成损害快速发展为弄污轴承、接着到磨损轴承、最终到卡住轴承。在一种例子中，这种损害的第一阶段是弄污，其中轴承会显示布置在轴承中心的铅-锡覆层位移。在损害的第二阶段(即，磨损)中，位于轴承中心的材料(例如铝)会位移。最终的失效阶段会造成总体卡住。在所有三个阶段中，转动的轴颈使一些饰面或者覆层材料从顶部朝着每个轴承半部的配合面位移。位移的材料的量将取决于缺乏润滑的严重程度。随着轴承和轴颈表面磨损，间隙增加并且油膜厚度改变，造成表面的不均匀支承。

因此，发动机轴承100可提供被设计用来保护昂贵的曲轴、连杆和发动机缸体102的相对便宜的磨损物品。具有选择性单个侧减除130、140的发动机轴承100通过提供具有高载荷承受能力的软、平滑表面来实现这种保护。例如，这在发动机起动和重型载荷过程中保护曲轴轴颈表面。此外，具有选择性单个侧减除的这种发动机轴承100帮助保持部件之间正确的油流量和压力。

可以想到，这种发动机轴承100可由例如镍、青铜、钢的材料构成以提供厚度，可由铝合金的材料构成以提供轴承强度，可由铜构成以提供耐磨性能并提供将铅-锡和铝层结合在一起的结合材料。

虽然这里公开的内容包括特定的例子，但应当理解，公开的内容不局限于此。在研究附图、说明书和权利要求书后，本领域技术人员能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下想到多种修改、改变、变型、替换和等同。

Claims (10)

1.一种发动机轴承(100)，包括：

上轴承壳(106)，其具有第一单个侧减除部分(130)；和

下轴承壳(108)，其具有第二侧减除部分(140)，上轴承壳(106)和下轴承壳(108)组装以形成布置在其间的柱形孔(112)，

其中，第一单个侧减除部分(130)和第二单个侧减除部分(140)能够补偿在位于组装的上轴承壳和下轴承壳之间的分型线(110)处发生的任何偏移变化。

2.根据权利要求1所述的发动机轴承，其中，上轴承壳(106)的第一单个侧减除部分(130)和下轴承壳(108)的第二侧减除部分(140)相对于柱形孔(112)直径相对。

3.根据权利要求2所述的发动机轴承，其中，第一单个减除部分(130)和第二单个减除部分(140)分别设置在上轴承壳和下轴承壳的内表面上。

4.根据权利要求1所述的发动机轴承，其中，上轴承壳(106)的第一单个侧减除部分(130)和下轴承壳(108)的第二单个侧减除部分(140)均包括去除的轴承材料。

5.一种内燃发动机(120)，包括：

发动机缸体(102)，其能够接收上轴承壳(106)，上轴承壳(106)具有第一单个侧减除部分(130)；和

轴承盖(104)，其能够接收下轴承壳(108)，下轴承壳(108)具有第二单个侧减除部分(140)；

发动机缸体(102)和轴承盖(104)具有组装构造，上轴承壳(106)和下轴承壳(108)在组装构造限定柱形孔(112)，

其中，第一单个侧减除部分(130)和第二单个侧减除部分(140)能够补偿在布置于上轴承壳(106)和下轴承壳(108)之间的分型线(110)处发生的任何偏移变化。

6.根据权利要求5所述的内燃发动机(120)，其中，上轴承壳(106)的第一单个侧减除部分(130)和下轴承壳(108)的第二侧减除部分(140)相对于柱形孔(112)直径相对。

7.根据权利要求5所述的内燃发动机(120)，其中，在组装构造中，上轴承壳(106)的第一单个侧减除部分(130)和下轴承壳(108)的第二单个侧减除部分(140)设置在上轴承壳(106)和下轴承壳(108)的分型线(210)的相对侧上。

8.根据权利要求7所述的内燃发动机(120)，其中，上轴承壳(106)和下轴承壳(108)的分型线(210)基本平行于发动机缸体和轴承盖(104)之间的另一分型线。

9.一种减少轴承支承对内燃发动机中的发动机缸体(102)和轴承盖(104)不对准的影响的敏感性的方法，包括：

将上轴承壳(106)定位在发动机缸体(102)的凹部内，上轴承壳(106)具有第一单个侧减除部分(130)；

将下轴承壳(108)定位在轴承盖(104)的凹部内，下轴承壳(108)具有第二单个侧减除部分(140)；以及

组装发动机缸体(102)和轴承盖(104)。

10.根据权利要求9所述的方法(600)，还包括：

将上轴承壳(106)的外部平表面(520)和下轴承壳(108)的外部平表面(530)定位成分别跨越发动机缸体(102)和轴承盖(104)之间的不连续部。

Images