CN103562573A - 具有优化的曲柄销润滑的曲轴，及相关的发动机和润滑回路的实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种曲轴（1），其至少包括：轴颈（2）；第一曲柄销（31）；第二曲柄销（32）；使第一曲柄销（31）与轴颈（2）连接的第一臂（41）；使第二曲柄销（32）与轴颈（2）连接的第二臂（42）；从第一曲柄销到轴颈（2）的第一管道（51），所述第一管道通向第一曲柄销（31）的表面上第一曲柄销的横向中央平面（PM1）位置处，并基本上经过第一臂的中央平面（PB1）的中心；从第二曲柄销到轴颈（2）的第二直管道（52），所述第二直管道通向第二曲柄销（32）的表面上第二曲柄销的横向中央平面（PM2）位置处，并基本上经过第二臂的中央平面（PB2）的中心；其特征在于，所述曲轴（1）具有的几何形状使得，所述曲轴不能还包括在轴颈的横向中央平面（PT）中的使第一管道（51）和第二管道（52）流体接合的沿直径方向的管道，所述曲轴包括在轴颈的横向中央平面（PT）中的使第一管道（51）和第二管道（52）流体连接的非沿直径方向的第三管道（9）。本发明还提供包括这种曲轴的发动机和实施相关润滑回路的方法。

Description

具有优化的曲柄销润滑的曲轴,及相关的发动机和润滑回路的实施方法

发明领域

本发明涉及内燃机的润滑领域，更具体地，涉及活动联轴器（attelage）的润滑，即包括活塞、连杆及曲轴的组件的润滑。

背景技术

所有的内燃机都包括具有至少一个曲轴的活塞。曲轴构成连杆－曲柄系统的曲柄，连杆－曲柄系统允许将活塞的往复运动转换成发动机飞轮的旋转运动。

为了确保在曲柄销处的曲轴和对应连杆之间的联接的可靠性，需要润滑该联接。润滑包含在该联接中使用加压油。

更确切地，发动机主要的油道为布置在发动机组件和曲轴的轴颈之间的轴系/轴颈的轴瓦供油。这些轴瓦包括凹槽，液压油可储存于所述凹槽中。曲轴中的从轴颈向曲柄销延伸的孔允许在曲柄销的位置处给曲轴和对应连杆之间的联接供油。已知的该类型的结构例如文件US2955675。

这些供应管道的结构还应该满足一定的强制性约束。由轴颈向曲柄销的供油孔应当对该臂的机械强度影响最小。为此目的，该供油孔应该基本上经过连接轴颈和曲柄销的臂的中心，这特别表现为与轴颈的轴线和曲柄轴的轴线基本上等距的该臂的中央平面位置处的的中心通道。而且，在曲柄销上的润滑管道出口应该实施在曲柄销承受强应力的区域之外，否则确保润滑的油膜将被破坏，并且在这些区域中不能确保必不可少的润滑。

为了改善润滑，已知在轴颈中实施沿直径方向的孔。其为直孔，垂直于曲轴的旋转轴线，并截断所述旋转轴线。因而，沿轴颈的与曲轴的旋转轴线正交的横向中央剖面的直径方向实施该沿直径方向的孔。还可在与轴颈和曲柄销之间的孔相同的位置上开口该沿直径方向的孔。沿直径方向的孔将液压油提供给曲轴的两个入口，有利于油的流通。没有这种孔，当发动机循环在大约曲轴旋转180°时，可导致对曲柄销的供油不连续，因为在轴颈处形成的油轴瓦通常只可实施在轴颈的上部（形成于轴颈的上半环中的轴瓦），这引出了轴瓦的下半环遇到磨损和机械强度的问题。

另外已知的是，在某些应用中，执行从单个轴颈向两个曲柄销供应润滑油。这大大简化了润滑回路，便于实施，并且减少了执行成本。然后沿直径方向的孔截断使轴颈与其所供油的两个曲柄销相连接的两个孔。沿直径方向的孔尤其允许在曲轴旋转360°时可以对两个曲柄销的供油。

因而，如在现有技术中已知的曲轴的上油或润滑回路，特别对大多数发动机来说不存在问题。然而，通过具有沿直径方向的孔的一个轴颈向两个曲柄销供油的这种结构不再适用于某些情况，特别是例如与较小的曲柄销和/或轴颈直径以及较大的曲柄半径相关联的对于两个被供油的曲柄销之间的角度偏移的某些状况。例如，在三缸发动机的情况下，可能更经常地出现该情形。

在这些情况下，没有任何几何结构能同时确保：

·曲柄销处的供油管道的位置适应正确的供油，且在曲柄销的强应力区域之外。

·在曲轴臂的区域中的孔通道不会明显地削弱曲轴，尤其是基本上经过使曲柄销和轴颈连接的臂的中心。

·轴颈的沿直径方向的孔使来自曲柄销的两个孔接合。

在发动机具有较小直径的曲柄销和/或轴颈，并且两个曲柄销间有不利的角度偏移的范围中，因此有必要根据在现有技术中已知的结构，改变曲轴的润滑回路的结构，即：

·去掉轴颈的沿直径方向的孔，但是连杆的供油就会被影响。那么供油仅在循环的一部分期间进行，因此是不连续的方式。在由单个轴颈向两个曲柄销供油的情况下，由于没有沿直径方向的孔的该缺点是罕见的。

·采用每个轴颈供应单个曲柄销的结构，其呈现的缺点在实施的复杂性和成本方面，但是也导致了在轴颈处的漏油量的增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种曲轴，在曲轴中具有的润滑回路的结构适用发动机，所述发动机具有的曲柄销和/或轴颈的直径不适合通过具有沿直径方向孔的一个轴颈向两个曲柄销供应的结构（或更通常地不适合这种沿直径方向孔的结构），但是基本上具有相同的优点。

更确切地，本发明提供一种曲轴，其至少包括：

-轴颈；

-第一曲柄销；

-第二曲柄销；

-使第一曲柄销与轴颈连接的第一臂；

-使第二曲柄销与轴颈连接的第二臂；

-从第一曲柄销到轴颈的第一直管道，所述第一直管道通向第一曲柄销的表面上第一曲柄销的横向中央平面位置处，并基本上经过第一臂的中央平面的中心；

-从第二曲柄销到轴颈的第二直管道，所述第二直管道通向第二曲柄销的表面上第二曲柄销的横向中央平面位置处，并基本上经过第二臂的中央平面的中心；

其中，所述曲轴具有的几何形状使得，所述曲轴不能还包括在轴颈的横向中央平面中的使第一管道和第二管道流体接合的沿直径方向的管道，所述曲轴包括在轴颈的横向中央平面中的使第一管道和第二管道流体连接的非沿直径方向的第三直管道。

钻出的第三管道还允许在大于180°的曲轴的旋转范围内供油，并更接近用沿直径方向孔得到的润滑。

优选地，所述第三管道沿着轴颈的横向中央平面的非沿直径方向的弦，所述非沿直径方向的弦通向轴颈的表面上所述轴颈的横向中央平面的扇形的两侧，所述轴颈的横向中央平面的扇形具有的扇形角在90°至180°之间，不包括180°。

倾向于接近180°扇形角（通过沿直径方向的孔限定），然而不包括180°，因为本发明提供的曲轴不能实施这种沿直径方向的孔。扇形角小于90°时，第三孔会更复杂，对其兴趣不大（在曲轴的小于270°的旋转角上润滑曲柄销）。

优选地，所述第一和第二管道还通向轴颈的表面上所述轴颈的横向中央平面的位置处。通向轴颈表面的管道比在通向轴颈的非沿直径方向的孔中的管道更易于实施。

本发明同样提供一种包括这种曲轴的发动机。优选地，本发明涉及这样的发动机，在所述发动机的曲轴上，在第一和第二曲柄销的表面上确定强应力区域，所述强应力区域对应于曲柄销的区域，当发动机运行时在所述曲柄销的区域上施加的力大于预先限定的阈值，第一和第二管道分别通向第一和第二曲柄销的强应力区域之外的表面上。考虑到构成额外的应力的强应力区域超过曲轴的单个几何特征，这可以避免出现不削弱曲轴臂的润滑管道和轴颈中沿直径方向的管道的穿孔的联合。

本发明同样提供曲轴的曲柄销的润滑回路的实施方法，允许实施根据本发明的曲轴，所述曲轴包括：至少一个轴颈、第一曲柄销和第二曲柄销、使第一曲柄销与轴颈连接的第一臂以及使第二曲柄销与轴颈连接的第二臂，所述曲轴所具有的几何尺寸使其不能同时包括：

·从第一曲柄销到轴颈的第一直管道和从第二曲柄销到轴颈的第二直管道，所述管道分别通向第一和第二曲柄销的表面上它们相应的横向中央平面的位置处，并分别基本上经过第一和第二臂的中央平面的中心；

·在轴颈的横向中央平面中的沿直径方向的孔，所述沿直径方向的孔使第一管道和第二管道流体接合；

其特征在于，包括步骤：

·钻出从第一曲柄销到轴颈的第一直管道和从第二曲柄销到轴颈的第二直管道，所述管道分别通向第一和第二曲柄销的表面上它们相应的横向中央平面的位置处，并分别基本上经过第一和第二臂的中央平面的中心；

·钻出位于轴颈的横向中央平面中的使第一管道和第二管道相连接的第三直管道。

优选地，所述方法应用于内燃机的曲轴，其中，在第一和第二曲柄销的表面上确定强应力区域，所述强应力区域对应于曲柄销的区域，当发动机运行时在所述曲柄销的区域上施加的力大于预先限定的阈值，第一和第二管道分别通向第一和第二曲柄销的强应力区域之外的表面上。

附图说明

下面参照示意性表示的已知现有技术及按照本发明的特别实施方式的曲轴的附图，将对本发明进行更详细的描述。

-图1是包括现有技术中已知结构的曲轴的内燃机的剖视图。

-图2a示意性地示出了根据现有技术中已知的第一实施方式的曲轴的轴颈和曲柄销，和曲柄销的润滑回路。

-图2b示意性地示出了根据现有技术中已知的第二实施方式的曲轴的轴颈和曲柄销，和曲柄销的润滑回路。

-图2c示意性地示出了根据现有技术中已知的第三实施方式的用于四缸发动机的曲轴，和其曲柄销的润滑回路。

-图3是按照图2c的曲轴的轴颈和两个曲柄销的横截面示意图，和相关联的润滑回路。

-图4是类似图3的示图，示出了按照本发明实施方式的三缸发动机的曲轴。

-图5示出了按照本发明的三缸发动机的曲轴。

具体实施方式

根据曲轴1的纵向剖视图，在图1中示出了直列型四缸内燃机。

曲轴1具有轴颈2，在所述轴颈的两侧定位有第一曲柄销31和第二曲柄销32。第一臂41使轴颈2与第一曲柄销31连接。第二臂42使轴颈2与第二曲柄销32连接。

润滑回路允许从轴颈向曲柄销供应润滑油。在此处所示的发动机范围中，每个曲柄销由不同的轴颈供油。第一曲柄销31通过轴颈2供油。为此，在轴颈2和第一曲柄销31之间设置基本上经过第一臂41的中央平面PB1中心的第一直管道51。第一管道51一方面通向轴颈2的表面上其横向中央平面PT的位置处，另一方面通向第一曲柄销31的表面上其横向中央平面的位置处。

图2a示意性地示出了根据现有技术中已知的第一实施方式（对应于图1的曲轴的实施例）的曲轴的轴颈和曲柄销，以及曲柄销的润滑回路。

图2中发现图1中所示的信息和附图标记的组合，以及轴系轴瓦6的细节，所述轴系轴瓦包括上半环61和下半环62。上半环61设置有储油部63，在所述第一管道51的出口面对上半环期间，即在曲轴大约旋转180°期间，油可进入第一管道51。

图2b示意性地示出了根据在现有技术中已知的第二种实施方式的曲轴的轴颈和曲柄销，及曲柄销的润滑回路。根据该实施方式，轴颈的沿直径方向的孔7实施为第一孔51的出口。同样，通过储油部63在曲轴旋转360°（或几乎360°）期间对由第一孔和沿直径方向的孔7构成的润滑回路进行供油。因此以连续的方式确保曲柄销的润滑，可以保证更好的可靠性和更少的磨损。

图2c示意性地示出了根据现有技术中已知的第三实施方式的用于四缸发动机的曲轴1，及其曲柄销的润滑回路。在该变型中，除了第一管道51为第一曲柄销31供油，还有第二管道52从同一轴颈2为第二曲柄销32供油。第二管道52满足与第一管道51相同的要求。第二管道52基本上经过第二臂42的中央平面PB2的中心。第二管道52一方面通向轴颈2的表面上其横向中央平面PT的位置处，另一方面通向第二曲柄销32的表面上其横向中央平面的位置处。在已知的现有技术中，在此处所描述的变型中表示出第二管道52通向轴颈2的表面上与第一管道51的出口相反的沿直径方向的点，用以通过沿直径方向的孔7使第一管道51和出口和第二管道52的出口连接。

因此沿直径方向的孔7允许在曲轴1的360°旋转期间对回路（及因此两个曲柄销）供油。

图3是按照图2c的曲轴的轴颈和两个曲柄销的横截面图，并示出相关联的润滑回路。在该图中显示出管道和沿直径方向的孔7的定位。第一（相应的第二）管道51（相应的52）在曲柄销位置处的出口定位在低载荷区域中，即在发动机运行时承受的力小于由发动机1提供的预先限定的阈值的曲柄销区域。相比较，远离第一和第二管道的出口的强载荷区域对应于在发动机运行期间承受较大力的区域，使得确保这些区域中润滑的油膜应该特别地稳固和不被损坏。因此不能将润滑管道的出口定位在这些区域中。这些考量解释了出口相对于曲轴的对称平面PV的偏移定位。

图4是类似图3的示图，示出了按照本发明的实施方式的三缸发动机的曲轴。

在本发明中，第一直管道51基本上经过第一臂41的中央平面的中心，并被设置在轴颈2和第一曲柄销31之间。第一管道51通向第一曲柄销31的表面上所述第一曲柄销的横向中央平面的位置处。

第二直管道52基本上经过第二臂42的中央平面的中心，并被设置在轴颈2和第二曲柄销32之间。第二管道52通向第二曲柄销32的表面上所述第二曲柄销的横向中央平面的位置处。

在本发明中，使第一管道51与第二管道52在轴颈的横向中央平面PT的位置处通过形成第三管道9的非沿直径方向的孔流体连接。沿轴颈的横向中央平面PT的非沿直径方向的弦钻出第三管道9。

优选地，非沿直径方向的弦通向轴颈的表面上轴颈横向中央平面PT的扇形区域两侧位置处，所述扇形区域所具有的扇形角在90°至180°之间，不包括180°。180°的值显然是排除的，因为该值涉及直径，或者本发明应用于不能具有这种沿直径方向的孔的曲轴。不完全排除90°以下，但是技术上很难在第一和第二管道的出口之间实施孔，因为这允许在曲轴旋转少于270°时对润滑回路供油。换句话说，在技术复杂性和得到的有益效果之间的比例变得不太有利。

图5示出了按照本发明的三缸发动机的曲轴1。在该应用中，由单个轴颈2对第一曲柄销31和第二曲柄销32供油，所述单个轴颈2具有非沿直径方向的第三孔9。通过另一轴颈2’对第三曲柄销33供油，所述另一轴颈2’可具有沿直径方向的孔7，所述孔确保在曲轴旋转360°时对曲柄销的润滑。

可以通过与第一和第二管道的孔方法相同的方法得到非沿直径方向的第三直管道9的孔。因此非沿直径方向的第三管道9相对于轴颈的中心（轴颈的圆形中央平面PT的中心）偏移。

这提供了多个现有技术未知的优点。孔相对于中心的偏移可以超过1mm（及可以达到几个毫米），所述偏移为曲柄销的孔的定位提供自由度，同时确保了对在曲轴1的旋转幅度范围上的曲柄销的润滑。

给予曲柄销的孔的定位的自由度允许保持通过一个轴颈向两个曲柄销润滑的结构，没有与轴颈上缺少孔相关联的润滑风险。本发明还允许将通过单个轴颈（尤其是润滑回路渗透性的优化）和沿直径方向的孔（对曲柄销的近似连续油供应）对两个曲柄销润滑的优点结合起来。

Claims (7)

1.一种曲轴（1），其至少包括：

-轴颈（2）；

-第一曲柄销（31）；

-第二曲柄销（32）；

-使第一曲柄销（31）与轴颈（2）连接的第一臂（41）；

-使第二曲柄销（32）与轴颈（2）连接的第二臂（42）；

-从第一曲柄销到轴颈（2）的第一直管道（51），所述第一直管道通向第一曲柄销（31）的表面上第一曲柄销的横向中央平面（PM1）位置处，并基本上经过第一臂的中央平面（PB1）的中心；

-从第二曲柄销到轴颈（2）的第二直管道（52），所述第二直管道通向第二曲柄销（32）的表面上第二曲柄销的横向中央平面（PM2）位置处，并基本上经过第二臂的中央平面（PB2）的中心；

其特征在于，所述曲轴（1）具有的几何形状使得，所述曲轴不能还包括在轴颈的横向中央平面（PT）中的使第一管道（51）和第二管道（52）流体接合的沿直径方向的管道（7），所述曲轴包括在轴颈的横向中央平面（PT）中的使第一管道（51）和第二管道（52）流体连接的非沿直径方向的第三直管道（9）。

2.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所述第三管道（9）沿着轴颈的横向中央平面（PT）的非沿直径方向的弦，所述非沿直径方向的弦通向轴颈（2）的表面上所述轴颈的横向中央平面（PT）的扇形的两侧，所述轴颈的横向中央平面的扇形具有的扇形角在90°至180°之间，不包括180°。

3.根据权利要求1或2所述的曲轴，其特征在于，所述第一和第二管道（51，52）还通向轴颈（2）的表面上所述轴颈的横向中央平面（PT）的位置处。

4.包括根据前述权利要求中任一项所述的曲轴的发动机。

5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，在所述曲轴（1）上，在第一和第二曲柄销（31，32）的表面上确定强应力区域，所述强应力区域对应于曲柄销（31，32）的区域，当发动机运行时在所述曲柄销的区域上施加的力大于预先限定的阈值，第一和第二管道（51，52）分别通向第一和第二曲柄销（31，32）的强应力区域之外的表面上。

6.曲轴（1）的曲柄销的润滑回路的实施方法，所述曲轴包括：至少一个轴颈（2）、第一曲柄销（31）和第二曲柄销、使第一曲柄销与轴颈（2）连接的第一臂（41）以及使第二曲柄销与轴颈（2）连接的第二臂（42），所述曲轴（1）所具有的几何尺寸使其不能同时包括：

·从第一曲柄销到轴颈（2）的第一直管道（51）和从第二曲柄销到轴颈（2）的第二直管道（52），所述管道分别通向第一和第二曲柄销（31，32）的表面上它们相应的横向中央平面（PM1，PM2）的位置处，并分别基本上经过第一和第二臂（41，42）的中央平面的中心；

·在轴颈的横向中央平面（PT）中的沿直径方向的孔，所述沿直径方向的孔使第一管道（51）和第二管道（52）流体接合；

其特征在于，包括步骤：

·钻出从第一曲柄销到轴颈（2）的第一直管道（51）和从第二曲柄销到轴颈（2）的第二直管道（52），所述管道分别通向第一和第二曲柄销（31，32）的表面上它们相应的横向中央平面（PM1，PM2）的位置处，并分别基本上经过第一和第二臂的中央平面（PB1，PB2）的中心；

·钻出位于轴颈的横向中央平面（PT）中的使第一管道（51）和第二管道（52）相连接的第三直管道（9）。

7.根据权利要求6所述的方法，所述方法应用于内燃机的曲轴（1），其中，在第一和第二曲柄销（31，32）的表面上确定强应力区域，所述强应力区域对应于曲柄销（31，32）的区域，当发动机运行时在所述曲柄销的区域上施加的力大于预先限定的阈值，第一和第二管道（51，52）分别通向第一和第二曲柄销（31，32）的强应力区域之外的表面上。

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