CN106460919B - 衬套以及内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及一种衬套，并且更具体地，本发明涉及特别是用于高性能内燃机的衬套。根据本发明的一个实施例，衬套(10)具有两部分结构，支撑表面(11)和滑动表面(12)，其特征在于，所述滑动表面关于所述衬套的截面具有凸出的轮廓，并且所述凸出的轮廓从所述滑动表面的边界中点(P)偏移。

Description

衬套以及内燃机
本发明的范围
本发明主要涉及衬套，并且更具体地本发明特别涉及用于高性能内燃机的衬套。
定义
在本说明书中，术语“衬套”指的是用于内燃机的连接杆与曲柄轴之间的连接、和/或活塞与连接杆之间的连接、和/或用于内燃机的任意轴承中的轴套或套管，并且其可以由不同的材料制成，包括双金属和三金属轴套。术语“衬套”、“套管”、“内衬”以及“轴套”在本说明书中具有相同的意思。
而且，在本说明书中，关于内燃机使用的术语“高性能”应被理解为意味着如下的内燃机：衬套在其内表面或外表面的至少一个点上经受等于或大于50MPa的压力。
背景技术
诸如使用已知的奥托循环(Otto cycles)或者柴油循环的发动机的内燃机已广为人知，并且通常在用于移动人和货物的车辆(诸如机动车、包括卡车和铁路机车的运输和货运车辆)中使用。总之，这些发动机使用具有高碳化氢含量的燃料，诸如石油或来自可再生源的燃料，以使热燃烧能转化为动能。
如今，存在对减少来自内燃机的排放的增加的关注，所述排放是造成释放到大气中的二氧化碳的大部分的原因。通过潜在的严重后果，气候改变是今天的关键环境挑战之一。该问题由温室效应的加剧导致，这转而涉及包括二氧化碳的温室气体(GHG)的增加的重视。
近年来，为了将对环境有害的气体(诸如一氧化碳(CO)、碳化氢气体(HC)以及氮氧化物(NOX))以及颗粒物和/或其他温室气体的排放最小化，已经将一系列的不同技术整合到内燃机中。气体排放的减少尤其涉及增加的发动机的热效率，并且随后涉及具体燃料消耗的减少。
在这点上，诸如电喷、催化剂以及颗粒过滤器的技术的使用现在非常普遍，并且它们实际上在内燃机中是强制性的。另外，诸如直接燃料注射、使用柴油循环的用于发动机的共轨技术的更新近的技术，以及诸如机械压缩机或增压器的已经长期已知的技术的更加广泛的使用也被用于增加能量效率并且符合越来越严格的排放标准。
因此，对于气缸中的活塞的给定的排量(通常指的是单位功率)，热机发展为更大功率。1980年代的奥托循环热机的效率平均为50hp/L，而今天其容易地超过100hp/L。这意味着气缸内的燃烧压力已经显著地增加，这也意味着热机在更大的机械应力、更高的旋转以及更高的温度下运转。就其本身而言，以当前估计的奥托机动车的大约300,000千米，热机的部件也需要设定尺寸为承受这些更严酷的运转条件，从而保证组件的可靠性以及期望的使用寿命。
经受热机产生的应力最多的一个部件为在诸如曲柄轴和凸轮轴的轴承等的轴承和连接杆中使用的衬套，并且它们被用作支撑件并且来减少摩擦。它们通常具有两部分结构，即，它们由在轴承的边界或者连接杆的端的边界叠置的两个半圆形部分形成。如本领域技术人员所熟知的，衬套通常由较软的材料制成，从而减小这样的旋转部件之间的摩擦，并且它们也能够有利于组装，承受组装偏移以及容纳颗粒。
然而，如上所述，内燃机的运转条件变得越来越恶劣，并且必须承受由连接杆和/或组装在轴承中的轴施加的压力的衬套经受更大的磨损。该磨损通常在最接近衬套的横向末端的区域中被加重，这是因为在这些区域中减少的油的分布。因此，衬套通常在其中央部分具有孔，以能够实现油的流动。
衬套磨损是不想要的效果，因为其可能导致违背发动机性能以及漏油和/或耗油的游隙。
本发明意在克服这些以及其他的缺点。
发明内容
因此，本发明的第一目的为提供一种能够承受内燃机的高性能运转条件的衬套。
本发明的另外的目的为提供一种相比于现有技术中的衬套具有更高的耐磨性的衬套。
本发明的另一个目的为提供一种相比于现有技术中的衬套当运转时能够实现油膜的增强的分布的衬套。
为了实现上述目的，尤其是，本发明涉及特别是意在用于内燃机的衬套，所述衬套具有两部分结构，支撑表面和滑动表面，其中所述滑动表面关于所述衬套的截面具有凸出的轮廓，并且其中所述凸出的轮廓从滑动表面的边界中点偏移。
根据本发明的另外的和/或替代的实施例，也能够单独地或者以任何技术上可能的组合呈现以下特征：
-所述衬套为双金属衬套，
-所述衬套为三金属衬套，
-所述凸出的轮廓关于所述衬套的截面为弧形，
-所述凸出的轮廓关于所述衬套的截面为梯形，
-从滑动表面的边界中点偏移的所述位置处于10°与25°之间的角度，特别是14°与18°之间，并且更特别的是大约16°，
-从滑动表面的边界中点偏移的所述位置处于25°与55°之间的角度，特别是30°与50°之间，并且更特别的是35°与45°之间。
-所述轮廓的高度在2与20μm之间，特别是3与15μm之间，并且更特别的是大约10μm，
-所述轮廓的角长度在0与90°之间，特别是20°与70°之间，并且更特别的是大约60°。
-本发明还涉及一种内燃机，其在内燃机的通常的其他元件中包括至少一个轴承和一个连接杆，其中所述内燃机还包括至少一个根据本发明的衬套。
附图说明
从提供有附图参照的具体实施例的以下描述能够更好地理解本发明的目的、益处、效果、技术改进以及功能改进。这些附图是示意性的，并且其尺寸和比例可能与现实不符，因为附图仅仅意在以示例的方式描述和图示本发明，并且除了下面的权利要求书所限定的范围，附图并不建立任何限定，其中：
图1为现有技术中的两部分衬套的示意性立体图，
图2为沿着图1中的衬套的A-A的示意性截面图，
图3为在应用了轮廓的区域中的根据本发明的一个实施例的衬套的示意性截面图，
图4为应用了轮廓的区域中的根据本发明的替代实施例的衬套的示意性截面图，
图5为示出了可以应用轮廓的区域的根据本发明的衬套的侧视图，
图6为示出了轮廓的可能的角长度的与图5相同的侧视图，以及
图7为示出了可以应用轮廓的区域的根据本发明的衬套的部分俯视图。
具体实施方式
下面参照附图关于本发明的具体实施例对本发明进行描述。对具体实施例进行了详细描述并将具体实施例示出在附图中，应理解的是，具体实施例应被视为具体实施例的构思的示例，并且并不意在仅将本发明限定为所示出的和所描述的。下面讨论的实施例的不同教导可单独使用或用于具有相同技术效果的合适的结合中。
根据本发明的衬套特别意在用于内燃机中，虽然其可以用于需要结合了高耐磨性以及承受高负荷压力的质量的衬套的任何应用中。而且，根据本发明的衬套可以特别地用于内燃机的连接杆中，和/或用于诸如曲柄轴、凸轮轴的轴承的轴承中。
图1是现有技术中的具有两部分结构的衬套(10)的示意性立体图。如本领域技术人员已知的，衬套具有设计为位于轴承或连接杆中的表面(11)，以及在本发明文件中被认为是滑动表面的相对表面(12)，旋转部件支撑在所述相对表面(12)上。在此示出的衬套是示意性的，并且诸如针对润滑油流动而设计的孔和通道、凸缘等的与衬套相关的其他元件出于清楚的考虑已被省略。
图2是图1中的衬套的截面图。在内燃机中使用的衬套通常在支撑表面(11)的一侧具有碳钢层，所述支撑表面(11)在其内径上具有内衬，在滑动表面(12)的一侧具有铅基和锡基合金(已知为巴比特合金或者白色金属)或者以变化的含量结合有锡的铝基合金，或者包含不同的铅含量的铜合金。衬套也可以是包括中间层的三金属衬套。另外地，衬套也可以在滑动表面上具有带有或不带有过滤器的聚合物层。用于衬套的材料与本发明的目的并不相关。
再次关于图2，现有技术中的衬套具有平坦的滑动表面(12)。具有平坦的滑动表面的衬套的问题是油膜趋于较小程度地分布在边缘周围，导致该区域中的更大的磨损。
为了克服该问题，图3公开了示意性并且以截面形式示出的衬套的本发明的第一实施例。如示出的，本发明提出：衬套的滑动表面(12＇)关于衬套的截面具有凸出的轮廓，即，在连续减小至相对侧之前关于衬套的截面从衬套的横向末端形成到达位于近似中央位置的顶点的弧形轮廓。曲率半径(R)可以改变，只要轮廓的最低点和最高点之间的高度(h)差在2和20μm之间，特别是在3和15μm之间，并且更具体地大约10μm。
当然，本文使用的“凸出”并不必然指的是具有带有曲率(R)的截面的轮廓，而是应当理解为意味着从衬套沿径向向内突起并且可以具有沿横向和纵向截面的任何形状的轮廓，只要该轮廓能够在衬套的跨过轮廓的截面的中央部和两侧之间具有高度(h)差。
在这点上，图4为根据本发明的替代实施例的衬套的示意性截面图，其中凸出的轮廓具有平行管状的截面，所述平行管状的截面带有向上有角度地突出的横向壁和平坦的上表面。就本身而言，梯形的横向壁的倾角(α)可以改变，只要轮廓的最低点与最高点之间的高度(h)保持在2和20μm之间，特别是在3和15μm之间，并且更具体地大约10μm。
同样根据本发明的实施例，轮廓将会优选地在关于衬套的末端从边界中点偏移的位置定位在支撑表面上。图5是衬套的示意性侧视图，其中边界中点(P)被理解为由衬套的两个末端(13,14)沿衬套的纵向平面形成的边界的中点。因此，在具有完整的半圆结构的两部分衬套中，边界中点与每个末端(13,14)呈90°。
这意味着轮廓不需要位于边界中点(P)上，而是从边界中点成角度地偏移。具体地，该角度偏移(β)在10°与25°之间，特别是在14°与18°之间，并且更特别的是距轴承中使用的衬套的边界中点(P)大约16°。替代地，该角度偏移(β)可以在25°与55°之间，特别是在30°与50°之间，并且更特别的是距连接杆大端中使用的衬套的边界中点(P)在35°与45°之间。
使轮廓相对于边界中点(P)偏移是有益的，因此其能够使轮廓位于最大的压力通常施加在衬套上的点处，以便轮廓在整个滑动表面促进更好的油膜的分布，从而减少和最小化磨损。如上所述，最大压力的点在10°与25°之间，特别是在14°与18°之间，并且更特别地距轴承中使用的衬套的边界中点(P)大约16°，以及在25°与55°之间，特别是在30°与50°之间，并且更特别地距在连接杆大端中使用的衬套的边界中点(P)在35°与45°之间。
就本身而言，轮廓不需要沿着整个滑动表面(12＇,12＇＇)延伸，即沿着衬套的沿着滑动表面的整个纵向长度，而是可以仅出现在滑动表面的一部分，并且滑动表面的其余部分可以具有平坦的轮廓，就像现有技术中已知的衬套那样。就本身而言，图6示出了轮廓如何延伸穿过0至90°(特别是在20°与70°之间，并且更特别的是大约60°)的角长度(γ)。就本身而言，轮廓的纵向长度也能够优选地具有弧形或者梯形的形状，或者不同形状的结合，即，其中，如图7所示，轮廓具有在朝向轮廓的纵向长度的端部减小之前沿纵向增加的到达接近中间点处的顶点的部分。
当然，根据本说明书中的示意性附图，轮廓以给定的衬套的四分之一圆示出，然而轮廓能够作为衬套的有意使用的功能布置在相对的四分之一圆中。因此，本文设置的角度应当被理解为涉及参考位置，并且可以依据该参考而具有正值或者负值，或者甚至是360°的倍数的值，即，对本领域技术人员显然的是，依据初始参考，30°的角度可以表示为60°、90°、120°、150°。180°等。当然，本文以度数列出的数值也能够以弧度表达。
虽然已经关于本发明的具体实施例对本发明进行了描述，除了本发明的扩展的应用至其他未在本说明书中考虑的应用以外，在不脱离本文描述的教导的范围的情况下，本领域技术人员能够实施以上未考虑的替代例或者组合。因此，所附的权利要求书应当被理解为覆盖与本发明的构思相容的任何等同方式。

Claims (13)

1.一种用于内燃机的衬套(10)，其具有两部分结构，支撑表面(11)和滑动表面(12)，其特征在于，所述滑动表面关于所述衬套的截面具有凸出的轮廓，并且所述凸出的轮廓从所述滑动表面的边界中点(P)偏移，其中从所述滑动表面(12)的所述边界中点(P)偏移的位置处于10°与25°之间的角度(β)或者处于25°与55°之间的角度(β)，
其中所述轮廓的高度(h)在2与20μm之间，所述轮廓具有20°与70°之间的角长度(γ)。
2.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，其为双金属衬套。
3.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，其为三金属衬套。
4.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，所述凸出的轮廓关于所述衬套的截面为弧形。
5.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，所述凸出的轮廓关于所述衬套的截面为梯形。
6.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，从所述滑动表面(12)的所述边界中点(P)偏移的所述位置处于14°与18°之间的角度(β)。
7.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，从所述滑动表面(12)的所述边界中点(P)偏移的所述位置处于16°的角度(β)。
8.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，从所述滑动表面(12)的所述边界中点(P)偏移的所述位置处于30°与50°之间的角度(β)。
9.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，从所述滑动表面(12)的所述边界中点(P)偏移的所述位置处于35°与45°之间的角度(β)。
10.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，所述轮廓的高度(h)在3与15μm之间。
11.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，所述轮廓的高度(h)是10μm。
12.如权利要求1所述的衬套，其特征在于，所述轮廓具有60°的角长度(γ)。
13.一种内燃机，其包括至少一个轴承和连接杆，其特征在于，其还包括至少一个如前面权利要求中的任一项所述的衬套。
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