CN108999877A - 用于往复活塞式发动机的曲轴轴承 - Google Patents

用于往复活塞式发动机的曲轴轴承 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于往复活塞式发动机的曲轴轴承，该往复活塞式发动机具有至少一个气缸、可旋转移动地支承在该曲轴轴承中的曲轴、以及附属驱动器，该附属驱动器包括皮带驱动的启动发电机并且该启动发电机以同步旋转的方式与该曲轴耦合，其中该曲轴轴承具有油通道，并且其中该油通道至少部分地在该曲轴轴承的第一象限中、完全地在第二象限中、并且至少部分地在第三象限中延伸。根据本发明的曲轴轴承具有如下优点：在该曲轴轴承的第四象限中，即在皮带力或由皮带力和气缸压力构成的合力作用的区域中，提供足够大的有效轴承宽度。

Description

用于往复活塞式发动机的曲轴轴承
技术领域
本发明涉及一种用于往复活塞式发动机的曲轴轴承。本发明尤其涉及一种用于燃烧发动机的滑动轴承。
背景技术
从DE 10 2012 021459 A1已知一种用于燃烧发动机的滑动轴承，该滑动轴承具有上轴瓦和下轴瓦。在此，上轴瓦具有油槽或油通道，该油槽或油通道延伸过该上轴瓦的整个圆周并且在下轴瓦的两端继续被引导到该下轴瓦中。就此而言，油槽覆盖滑动轴承的大于180°的扇区并且相对于与气缸轴线平行的竖直轴线具有沿圆周的对称延伸部。无槽的、互补的扇区(该扇区由于由气缸压力产生的较高的压力荷载不提供油通道)覆盖大于150°的区域并且同样相对于竖直轴线对称地实施。油通道和轴承荷载较高的区域的这种安排考虑到了：主要产生的轴承荷载沿气缸轴线的方向作用于轴承。
如果燃烧发动机提供了附属组件(该附属组件借助于皮带被曲轴驱动)，则皮带力可能影响滑动轴承上的主荷载方向，其方式为：如果皮带力具有与由气缸压力产生的轴承荷载相同的数量级，则轴承合力不再沿气缸轴线的方向起作用。在使用皮带驱动的启动发电机的情况下可能在滑动轴承上产生这样的荷载施加因为在此情况下传输高功率并且需要对应高的皮带力。
发明内容
因此，提出一种用于往复活塞式发动机的曲轴轴承，该往复活塞式发动机具有至少一个气缸、可旋转移动地支承在该曲轴轴承中的曲轴、以及附属驱动器，该附属驱动器包括皮带驱动的启动发电机并且该启动发电机以同步旋转的方式与该曲轴耦合，其中该曲轴轴承具有油通道，并且其中该油通道至少部分地在该曲轴轴承的第一象限中、完全地在第二象限中、并且至少部分地在第三象限中延伸。
该往复活塞式发动机尤其可以是燃烧发动机。该曲轴轴承尤其可以是滑动轴承。
一个平面的由两个坐标轴限定的部段被理解为象限，其中由两个坐标轴的正轴部段限定的象限被理解为第一象限。因此，在笛卡尔坐标系中第一象限对应于右上方的象限，其中纵轴对应于竖直轴线或与气缸轴线平行的轴线并且横轴与曲轴纵向轴线正交地且与竖直轴线正交地延伸。其他象限按照逆时针方向连续编号。
应理解的是：启动发电机已经通过使用楔形皮带、肋状皮带或楔形肋状皮带被视为以同步旋转的方式与该曲轴耦合。就根据本发明的曲轴轴承而言，未考虑可能的滑移。就此而言，在本发明的意义上，启动发电机可以具有所有用于驱动的牵引器件，只要该牵引器件对曲轴和曲轴轴承施加牵引力。
根据本发明的曲轴轴承具有如下优点：在该曲轴轴承的第四象限中，即在皮带力或由皮带力和气缸压力构成的合力作用的区域中，提供足够大的有效轴承宽度。因此，该曲轴轴承在施加皮带力的区域中不需要额外地进行强化或处理，由此使得成本和构造空间被最小化。
有效轴承宽度是该曲轴轴承的减去油通道的长度的、在曲轴纵向轴线的方向上的宽度。因此，在各个位置处的轴承宽度在第四象限中对应于该曲轴轴承的几何宽度，并且在第二象限中对应于该曲轴轴承的几何宽度与该油通道的宽度之差。由于该油通道在第一象限和第三象限中终止，所以有效轴承宽度在这些象限中不连续并且在油通道端部减小或增大。
替代于上述的根据本发明的曲轴轴承，提出一种用于往复活塞式发动机的曲轴轴承，该往复活塞式发动机具有至少一个气缸、可旋转移动地支承在该曲轴轴承中的曲轴、以及附属驱动器，该附属驱动器包括皮带驱动的启动发电机并且该启动发电机以同步旋转的方式与该曲轴耦合，其中该曲轴轴承具有带有油通道的供油扇区和带有第一部分荷载扇区和第二部分荷载扇区的荷载扇区，其中该第一部分荷载扇区被设计成用于接收径向的第一部分荷载合力且该第二部分荷载扇区被设计成用于接收径向的第二部分荷载合力，并且其中该第一部分荷载合力与该气缸的气缸轴线平行地延伸并且该第二部分荷载合力与该附属驱动器的附属驱动器轴线平行地延伸。
曲轴轴承的位于两个半径之间的部分被理解为扇区。因此，供油扇区是指环形的曲轴轴承的被油通道延伸经过的扇区。该曲轴轴承的供油扇区互补的扇区被理解为荷载扇区。应理解的是：除了该荷载扇区之外，该供油扇区也接收轴承荷载，然而有效地起作用的力在该荷载扇区中可以比在该供油扇区中更大。这是由荷载扇区相对于供油扇区的更大的有效轴承宽度实现的，在该供油扇区中该轴承宽度的承载部分对应于减少了油通道的宽度的轴承宽度。
还应理解的是：在观察轴承宽度或有效轴承宽度的承载部分时，不考虑曲轴轴承上的可能的凸棱或半径。
带有被分成两部分的荷载扇区(该荷载扇区具有第一部分荷载扇区和第二部分荷载扇区)的该曲轴轴承具有如下优点：该第二部分荷载扇区接收来自附属驱动器的并行的轴承力。由该往复活塞式发动机的气缸压力产生的合力基本上沿着竖直轴线(即与气缸轴线平行地)定向。如果轴承力的方向与竖直轴线的偏差不大于20°、尤其不大于10°，则在本发明的意义上由燃烧产生的轴承合力也仍被视为与气缸轴线平行。因此，如果第二部分荷载合力(即由附属驱动器产生的合力)的方向与附属驱动器轴线的偏差不大于20°、尤其不大于10°，则由该附属驱动器或该附属驱动器的皮带张紧产生的合力被视为与附属驱动器轴线平行。应理解的是：尤其通过对牵引器件的张紧边和松弛边进行交替荷载，该牵引器件的牵引合力不一定与在曲轴纵向轴线与启动发电机的旋转轴线之间的连接轴线在几何上平行，然而在本发明的意义上被视为平行的。该附属驱动器轴线(部分荷载合力或由皮带张紧产生的曲轴轴承合力沿着该附属驱动器轴线延伸)与这两条旋转轴线的连接轴线围成小的角度，由此这两条轴线在本发明的意义上被视为平行的。由此还得出：气缸轴线与附属驱动器轴线围成至少40°的角度、尤其至少20°的角度。
替代性地......
从属权利要求描述了本发明的其他有利的实施方式。
附图说明
借助以下附图对一个优选实施例进行详细解释。在附图中：
图1以截面图示出根据本发明的曲轴轴承。
具体实施方式
图1示出一种用于往复活塞式发动机的曲轴轴承，该往复活塞式发动机具有至少一个气缸、可旋转移动地支承在该曲轴轴承中的曲轴10、以及附属驱动器，该附属驱动器包括皮带驱动的启动发电机并且以同步旋转的方式与该曲轴10耦合，其中该曲轴轴承具有油通道，并且其中该油通道至少部分地在该曲轴轴承的第一象限I中、完全地在第二象限II中、并且至少部分地在第三象限中III延伸。
同样地，图1示出一种用于往复活塞式发动机的曲轴轴承，该往复活塞式发动机具有至少一个气缸、可旋转移动地支承在该曲轴轴承中的曲轴 10、以及附属驱动器，该附属驱动器包括皮带驱动的启动发电机并且以同步旋转的方式与该曲轴10耦合，其中该曲轴轴承具有带有油通道的供油扇区和带有第一部分荷载扇区27和第二部分荷载扇区28的荷载扇区，其中该第一部分荷载扇区27被设计成用于接收径向的第一部分荷载合力31 且该第二部分荷载扇区28被设计成用于接收径向的第二部分荷载合力 32，并且其中该径向的第一部分荷载合力31与该枢轴17或与该气缸的气缸轴线平行地延伸并且该径向的第二部分荷载合力32与该附属驱动器的附属驱动器轴线平行地延伸。
曲轴10借助于多个曲轴轴承(其中还少一个曲轴轴承是根据本发明的曲轴轴承)被支承在该往复活塞式发动机的曲轴壳体中，该曲轴将可移动地安排在该气缸中的活塞的往复运动转化为旋转运动。该曲轴轴承进而在该曲轴壳体中座于曲轴壳体上部11与能够从其余的曲轴壳体取下的曲轴壳体下部12之间。在本实施例中，这两个曲轴壳体部分11、12相互拧接，由此该曲轴轴承被夹持在这两个曲轴壳体部分之间。
该曲轴轴承有利地是被分成两部分的轴承，其中该曲轴轴承具有上轴瓦21和下轴瓦22。上轴瓦21安排在曲轴壳体上部11中并且下轴瓦22 安排在曲轴壳体下部12中。这两个轴瓦21、22是抗旋转的，从而该油通道以及这两个轴承半部之间的对接部的位置被固定。
曲轴10还提供了供油装置，其中在该曲轴壳体上部中借助于供油孔 14从油道13取油。供油孔14进而通入在曲轴壳体上部11中延伸的供油通道15中。除了油经过其到达曲轴10的供油孔16之外，上轴瓦21封闭供油通道14。在这两个轴瓦21、22中沿着圆周的油分布是通过油槽或油通道来确保的。在此，所示的实施例提供了油通道，该油通道被划分为上部油通道23和下部油通道24。上部油通道23是该油通道的在上轴瓦21 中延伸的那部分，并且下部油通道24是该油通道的在下轴瓦22中延伸的那部分。
上部油通道23在第一象限I中开始并且完全地经过了第二象限II。下部油通道24直接地邻接上部油通道23并且在第三象限III中终止。该油通道环绕了至少180°，但是不同于现有技术，该油通道不是完全在第一象限I和第二象限II中延伸。因此，该油通道(尤其该上部油通道23) 相对于竖直轴线17或由气缸轴线和曲轴纵向轴线扩展成的气缸平面是不对称的。油通道环绕180°在具有通过其对连杆轴承供油的其他油孔的曲轴中是有利的。这些油孔在曲轴10中以180°的相互间距被安排在曲轴轴承上。在此确保了无间断地向连杆轴承供油，因为始终有油孔滑过该油通道并被该油通道供应压力油。
附属驱动器在径向的第二部分荷载合力32的方向上给该曲轴施加力，在该附属驱动器中安排有皮带驱动的启动发电机(BSG＝beltdriven starter generator)并且BSG借助于该附属驱动器耦合至曲轴10。由此，除了由气缸压力产生的轴承合力之外，具有多个曲轴轴承的燃烧发动机的离该附属驱动器最近的曲轴轴承必须接收其他荷载。轴承荷载对应于荷载合力31，该轴承荷载由径向的第一部分荷载合力31和径向的第二部分荷载合力32以相加的方式组合成。
BSG在该燃烧发动机上的侧向安排最终使得径向的第一部分荷载合力31和径向的第二部分荷载合力32并非相互平行地延伸并且由此荷载合力30并非与竖直轴线17平行地延伸。在没有径向的第二部分荷载合力 32的作用的情况下，根据现有技术该曲轴轴承可能被设计为相对于竖直轴线17对称，其中无BSG时荷载最高的区域25中产生主要的轴承力。径向的第一部分荷载合力31延伸经过无BSG时荷载最高的区域25的中心点。在BSG的作用下，对轴承而言相关的荷载区域向有BSG时荷载最高的区域26推移，荷载合力30延伸经过该区域的中心点。
由于在燃烧发动机上的动态的气体压力和惯性力，在轴承上产生的力同样的动态的，其中作用力的值及其方向在工作周期上是可变化的。在本发明的意义上，第一部分荷载合力31、第二部分荷载合力32、以及荷载合力30被视为展示了最关键的荷载情况的时间点的瞬时合力。这种最关键的荷载情况是在如下时间点给出的：在该时间点，润滑间隙高度在该轴承中被最小化并且在常规荷载下、即在无BSG时的荷载下大约处于下轴瓦22的中心。
如果径向的第一部分荷载合力31与竖直轴线17围成不大于20°、尤其不大于10°的角度，则径向的部分荷载合力31的方向被理解为与竖直轴线17平行。无论如何，径向的部分荷载合力31穿过第一部分荷载扇区27并且第二部分荷载合力32穿过第二部分荷载扇区28。一起得到荷载扇区的这两个部分荷载扇区被荷载合力30相互隔开。
荷载最高的区域的推移进而使得该油通道不再完全经过第一象限I，从而不对该曲轴轴承的承载能力产生不利影响。相反地，实现了荷载最高的区域向第四象限IV中的推移，从而可以在不对曲轴轴承的承载能力产生不利影响的情况下使该油通道在第三象限III中继续被引导，因为在那里产生较小的轴承荷载。对于该曲轴轴承而言特别有利的是，该曲轴轴承被设计成相对于荷载合力30对称。
就此而言，图1示出了一种用于往复活塞式发动机的曲轴轴承，该往复活塞是发动机具有至少一个气缸、和可旋转移动地支承在该曲轴轴承中的曲轴、以及附属驱动器，该附属驱动器包括皮带驱动的启动发电机并且该启动发电机以同步旋转的方式与该曲轴耦合，其中该曲轴轴承被设计为相对于荷载合力30对称，其中荷载合力30是由第一部分荷载合力31和第二部分荷载合力构成的和向量，并且其中第一部分荷载合力31对应于由气缸的气缸压力产生的气缸合力并且第二部分荷载合力32对应于由启动发电机的皮带力产生的牵引合力。
如果有BSG时荷载最高的区域25的位移不是非常大，则对于该曲轴轴承而言有利的是：该油通道完全地在该第一象限中延伸。当油通道在相应的象限中具有90°的延伸尺寸时，该油通道完全地在该象限中延伸。在此，部考虑在油通道端部的可能的变窄。在此，对于该曲轴轴承而言特别有利的是：该供油扇区部分地安排在该上轴瓦中并且部分地安排在该下轴瓦中。就此而言，该曲轴轴承具有前述优点：该荷载扇区伸入该第一象限中并且还在不增大几何宽度的情况下提供曲轴轴承的承载能力。
为了最佳地利用曲轴轴承的这两个扇区，对于该曲轴轴承而言还特别有利的是：该供油扇区至少180°地覆盖该曲轴轴承和/或该荷载扇区至少 150°地覆盖该曲轴轴承。

Claims (7)

1.一种用于往复活塞式发动机的曲轴轴承，该往复活塞式发动机具有至少一个气缸、可旋转移动地支承在该曲轴轴承中的曲轴、以及附属驱动器，该附属驱动器包括皮带驱动的启动发电机并且该启动发电机以同步旋转的方式与该曲轴耦合，其中该曲轴轴承具有油通道，并且其中该油通道至少部分地在该曲轴轴承的第一象限中、完全地在第二象限中、并且至少部分地在第三象限中延伸延伸。
2.根据权利要求1所述的曲轴轴承，其中该油通道完全在该第一象限中延伸。
3.一种用于往复活塞式发动机的曲轴轴承，该往复活塞式发动机具有至少一个气缸、可旋转移动地支承在该曲轴轴承中的曲轴、以及附属驱动器，该附属驱动器包括皮带驱动的启动发电机并且该启动发电机以同步旋转的方式与该曲轴耦合，其中该曲轴轴承具有带有油通道的供油扇区和带有第一部分荷载扇区和第二部分荷载扇区的荷载扇区，其中该第一部分荷载扇区被设计成用于接收径向的第一部分荷载合力且该第二部分荷载扇区被设计成用于接收径向的第二部分荷载合力，并且其中该径向的第一部分荷载合力与该气缸的气缸轴线平行地延伸并且该径向的第二部分荷载合力与该附属驱动器的附属驱动器轴线平行地延伸。
4.根据权利要求1至3之一所述的曲轴轴承，其中该曲轴轴承具有上轴瓦和下轴瓦。
5.根据权利要求4所述的曲轴轴承，其中该第一部分荷载扇区安排在该下轴瓦中和/或其中该第二部分荷载扇区至少部分地安排在该下轴瓦中。
6.根据权利要求1至5之一所述的曲轴轴承，其中该供油扇区部分地安排在该上轴瓦中并且部分地安排在该下轴瓦中。
7.根据权利要求1至6之一所述的曲轴轴承，其中该供油扇区至少180°地覆盖该曲轴轴承和/或该荷载扇区至少150°地覆盖该曲轴轴承。
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