CN114321144B

CN114321144B - 内燃机用无轴承曲柄机构和汽车

Info

Publication number: CN114321144B
Application number: CN202210012639.6A
Authority: CN
Inventors: 杜佳; 邱劲草; 王立新
Original assignee: SAIC General Motors Corp Ltd; Pan Asia Technical Automotive Center Co Ltd
Current assignee: SAIC General Motors Corp Ltd; Pan Asia Technical Automotive Center Co Ltd
Priority date: 2022-01-06
Filing date: 2022-01-06
Publication date: 2023-04-21
Anticipated expiration: 2042-01-06
Also published as: CN114321144A

Abstract

本申请提出了一种内燃机用无轴承曲柄机构和汽车，内燃机用无轴承曲柄机构包括多个分体式并间隔设置的曲柄；设置在相邻的所述曲柄之间的连杆，所述连杆的第一端设置有连接孔；用于插入到所述连接孔中并与所述连接孔可旋转式连接的曲柄销，其中，所述曲柄销的外周壁与所述连接孔直接接触，并且所述曲柄销的轴向两端分别与相应的所述曲柄连接，该内燃机用无轴承曲柄机构的曲柄和连杆通过穿过连接孔的曲柄销连接，而取消了连杆轴承，从而降低了生产成本，并消除了连杆轴承应用带来的失效风险。

Description

内燃机用无轴承曲柄机构和汽车

技术领域

本发明属于内燃机汽车工程技术领域，具体涉及一种内燃机用无轴承曲柄机构和汽车。

背景技术

曲柄连杆机构作为内燃机的主要运动机构，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。

目前，广泛应用的整体式曲轴，多采用锻造和铸造，所用的模具结构复杂，对设备和制造工艺要求较高，而机加工过程所用的设备，多为专用设备，工艺复杂，价格昂贵。出现个别缺陷时，整根曲轴都需报废处理。另外，整体式曲轴，所有部位材料一致，只能通过轴颈热处理增加强度，强化效果有限。

而当前应用的连杆，共用三部分组成：连杆上瓦盖、杆身和活塞销孔，连杆下瓦盖，连杆螺栓。制造中，需通过切割、涨断等方式，将连杆轴承孔分离为为上下瓦盖，然后通过连杆螺栓拧紧后，进行后续加工。该类连杆制造工艺复杂，且存在较大的装配误差，是连杆轴承失效和噪音的原因之一。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了内燃机用无轴承曲柄机构和汽车。该内燃机用无轴承曲柄机构的曲柄和连杆通过穿过连接孔的曲柄销连接，而取消了连杆轴承，从而降低了生产成本，并消除了连杆轴承应用带来的失效风险。同时，在连接过程中，本申请的曲柄销穿过连接孔，这种设置有助于将连杆做成一体式连杆，进而使得连杆的制造工艺简单，制造成本低，且相同应用需求下重量较低，确保高功率和高扭矩的输出的前提下，来降低发动机的排放和油耗，满足日益严格的排放法规和油耗法规的要求。另外，本申请的曲柄构造为分体式的多个，降低制造成本和维护成本。最后，在制造中，曲柄销可采用比曲柄更高强度的材料制成，在相同强度要求下，曲柄销直径更小，重量降低的同时，摩擦阻力也更小。

根据本发明的一方面，提供了一种内燃机用无轴承曲柄机构，包括：

多个间隔设置的曲柄，

设置在相邻的所述曲柄之间的连杆，所述连杆的第一端设置有连接孔，

用于插入到所述连接孔中并与所述连接孔可旋转式连接的曲柄销，

其中，所述曲柄销的外周壁与所述连接孔直接接触，并且所述曲柄销的轴向两端分别与相应的所述曲柄连接。

在一个实施例中，在所述曲柄销与所述连接孔之间设置减摩涂层。

在一个实施例中，所述减摩涂层设置在所述曲柄销的周外壁上，并且，所述减摩涂层为类金刚石薄膜。

在一个实施例中，所述减摩涂层扩展到所述曲柄销的端面上。

在一个实施例中，所述曲柄包括主轴颈和与所述主轴颈固定连接的曲柄臂，其中，所述曲柄壁与所述曲柄销固定连接。

在一个实施例中，所述曲柄臂与所述曲柄销通过沿着所述曲柄销的轴向的连接螺钉连接，所述连接螺钉穿过所述曲柄臂后插入到所述曲柄销上。

在一个实施例中，在所述曲柄臂上靠近所述曲柄销的轴向一端设置有内凹槽以形成用于抵接所述曲柄销的轴向的端面的台阶面。

在一个实施例中，所述曲柄销与所述内凹槽过盈配合。

在一个实施例中，所述连接孔为整体式。

根据本发明的另一方面，提供了一种汽车，包括上述的内燃机用无轴承曲柄机构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该内燃机用无轴承曲柄机构的曲柄和连杆通过穿过连接孔的曲柄销连接，而取消了连杆轴承，从而降低了生产成本，并消除了连杆轴承应用带来的失效风险。同时，在连接过程中，本申请的曲柄销穿过连接孔，这种设置有助于将连杆做成一体式连杆，进而使得连杆的制造工艺简单，制造成本低，且相同应用需求下重量较低，确保高功率和高扭矩的输出的前提下，重量降低来降低发动机的排放和油耗，满足日益严格的排放法规和油耗法规的要求。另外，本申请的曲柄构造为分体式的多个，降低制造成本和维护成本。最后，在制造中，曲柄销可采用比曲柄更高强度的材料制成，在相同强度要求下，曲柄销直径更小，重量降低的同时，摩擦阻力也更小。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的内燃机用无轴承曲柄机构；

图2显示了根据本发明的一个实施例的内燃机用无轴承曲柄机构的部分剖面图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的内燃机用无轴承曲柄机构的曲柄销；

图4显示了根据本发明的一个实施例的内燃机用无轴承曲柄机构的连杆；

图5显示了根据本发明的一个实施例的内燃机用无轴承曲柄机构的曲柄。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

本发明的实施例提出了一种内燃机用无轴承曲柄机构。如图1和2所示，曲柄机构包括曲柄1、连杆2和曲柄销3。其中，曲柄1为多个，并沿着轴向(图1中与左右方向一致)间隔式设置。连杆2设置在相邻的曲柄1之间。连杆2的第一端(靠近曲柄1的一端)设置有连接孔21。曲柄销3用于插入到连接孔21中，并与连接孔21可旋转式连接。曲柄销3的外周壁与连接孔21直接接触。同时，曲柄销3的轴向两端分别与相应的曲柄1连接。从而，本申请中，通过曲柄销3实现了曲柄1和连杆2之间的连接。

在使用过程中，连杆2往复运动，从而使得曲柄销3带动曲柄1旋转，进而传递到汽车车轮。该内燃机用无轴承曲柄机构的曲柄1和连杆2通过穿过连接孔21的曲柄销3连接，而取消了现有技术中常用的连杆轴承，从而降低了生产成本，并消除了连杆轴承应用带来的失效风险。同时，在连接过程中，本申请的曲柄销3穿过连接孔21，这种设置有助于将连杆2做成一体式连杆2，避免了将连杆2进行涨断或者切割，进而使得连杆2的制造工艺简单，制造成本低，且相同应用需求下，这种设置可以使得连杆2的重量较低，确保高功率和高扭矩的输出的前提下，来降低发动机的排放和油耗，满足日益严格的排放法规和油耗法规的要求。另外，本申请的曲柄1构造为分体式的多个，降低制造成本和维护成本，即便后期有的曲柄1损坏也不需要更换整体式的一个曲柄1。最后，在制造中，曲柄销3可采用比曲柄1更高强度的材料制成，在相同强度要求下，曲柄销3直径更小，重量降低的同时，摩擦阻力也更小，从而进一步降低发动机的排放和油耗。

根据本申请，在曲柄销3与连接孔21之间设置减摩涂层。通过设置减摩涂层，可以降低曲柄销3与连杆2之间的摩擦力，从而有助于确保高功率和高扭矩输出的前提下降低发动机的排放和油耗，进而应对日益严格的排放法规和油耗法规的要求。优选地，如图3所示，减摩涂层31设置在曲柄销3的周外壁上。这种设置方便加工，有助于降低生产成本。例如，减摩涂层为类金刚石薄膜(DIAMOND-LIKE CARBON”英文缩写“DLC”)。这种设置利用了DLC耐磨性好、硬度高、抗腐蚀性好、摩擦性好等优点，能保证曲柄销3的更好的运动传递，以及较长的使用寿命。具体地，DLC等涂层具有摩擦系数低(低于轴承)；DLC等涂层具有自润滑功能(特别适用润滑条件不足的工况)；DLC等涂层可与各种材料产生非常强的结合力，不易剥落；DLC等硬度高，硬度高耐磨性就好，可在全寿命周期实现um级磨损；DLC等涂层，涂敷工艺简单，且便于控制，质量管控风险低。进而，通过设置DLC，取消了现有技术中的轴承，减少轴承应用，降低内燃机失效风险；采用摩擦系数更低的DLC等涂，可降低内燃机摩擦损耗，进而降低客户油耗；零件生产工艺简化(DLC等涂层–只需一台炉子，对零件进行涂敷涂层即可，轴承–需要熔炼钢背，铝合金层，然后再压覆在一起，再进行机加工)；取消轴承，降低了润滑油的需求，可降低内燃机机油泵的机油供给要求，降低内燃机损耗，进而降低客户油耗。

需要说明的是，本申请并不限于DLC在曲柄销3上的形成方式。也就是说，DLC可以采用喷涂、物理气相沉积或者化学气相沉积等方式设置在曲柄销3上。另外，为了降低生产成本，例如，本申请的DLC可以采用含氢DLC涂层。

如图3所示，曲柄销3为了保证与连接孔21旋转式连接，可以构造为径向截面为圆的圆柱状。当然，曲柄销3还可以构造为径向截面为圆的鼓状，并且，在轴向从两端到中间的方向上，径向截面的面积逐渐增加。这种设置可以保证曲柄销3更顺利的安装到连接孔21内。减摩涂层31扩展到曲柄销3的端面上。通过这种设置，可以保证曲柄销3的外周壁上设置的DLC的质量，同时，提高整个曲柄销3的硬度和抗腐蚀性能等，提高曲柄销3的使用寿命。

如图5所示，曲柄1包括主轴颈11和与主轴颈11固定连接的曲柄臂12。其中，曲柄壁12与曲柄销3固定连接。在一个实施例中，曲柄臂12与曲柄销3通过沿着曲柄销3的轴向的连接螺钉4连接。连接螺钉4穿过曲柄臂12后插入到曲柄销3上。这种连接结构简单，易于实现。

在曲柄臂12上靠近曲柄销3的轴向一端设置有内凹槽13，以形成用于抵接曲柄销3的轴向的端面的台阶面14。在连接过程中，曲柄销3的轴向端面抵接到相应的台阶面14上，以用于保证曲柄销3的按照位置。另外，曲柄销3与内凹槽13过盈配合。则通过内凹槽13可以进一步限定曲柄销3，从而保证曲柄销3与曲柄1的固定关系。

如图4所示，连接孔21为整体式。在本申请中，连杆2可以构造为一体式连杆，有助减小加工工序，降低生产成本。尤其是，这种设置避免了连杆瓦盖分离的工序和连杆螺栓的应用，与曲柄1的连接关系也变得简单易于装配，进而降低了机制制造成本和维护费用。同时，这种设置还能保证连杆2的连接孔21端尺寸减小，可以提高高锻钢的良品率，提高材料利用率，降低锻造能耗和成本。另外，连杆2的连接孔21端取消了螺栓孔打孔和装配，进而减少了加工工序。还有，这种设置可以适当降低连杆2的重量，内燃机的往复惯性力降低，内燃机内部的振动激励减小，可显著改善内燃机噪音问题，以及降低内燃机的往复惯性力和旋转惯性力，进而减小摩擦损耗，降低内燃机油耗。需要说明的是，曲柄1与曲柄销3的连接固定方式并不限于连接螺钉4进行连接和过盈配合连接，还可以采用其它的连接方式。

需要说明的是，本申请的图中表示了四缸机的内燃机用无轴承曲柄机构的实施例。但是，本申请的曲柄机构还可以应用到两缸、三缸、五缸等内燃机中。

本申请还涉及汽车，该汽车包括上述的内燃机用无轴承曲柄机构。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种内燃机用无轴承曲柄机构，其特征在于，包括：

多个间隔设置的曲柄，

其中，所述曲柄销的外周壁与所述连接孔直接接触，并且所述曲柄销的轴向两端分别与相应的所述曲柄连接，在所述曲柄销与所述连接孔之间设置减摩涂层。

2.根据权利要求1所述的内燃机用无轴承曲柄机构，其特征在于，所述减摩涂层设置在所述曲柄销的周外壁上，并且，所述减摩涂层为类金刚石薄膜。

3.根据权利要求2所述的内燃机用无轴承曲柄机构，其特征在于，所述减摩涂层扩展到所述曲柄销的端面上。

4.根据权利要求1所述的内燃机用无轴承曲柄机构，其特征在于，各所述曲柄包括主轴颈和与所述主轴颈固定连接的曲柄臂，其中，所述曲柄臂与所述曲柄销固定连接。

5.根据权利要求4所述的内燃机用无轴承曲柄机构，其特征在于，所述曲柄臂与所述曲柄销通过沿着所述曲柄销的轴向延伸的连接螺钉连接，所述连接螺钉穿过所述曲柄臂后插入到所述曲柄销上。

6.根据权利要求4所述的内燃机用无轴承曲柄机构，其特征在于，在所述曲柄臂上靠近所述曲柄销的轴向一端设置有内凹槽以形成用于抵接所述曲柄销的轴向的端面的台阶面。

7.根据权利要求6所述的内燃机用无轴承曲柄机构，其特征在于，所述曲柄销与所述内凹槽过盈配合。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的内燃机用无轴承曲柄机构，其特征在于，所述连接孔为整体式。

9.一种汽车，其特征在于，包括根据权利要求1到8中任一项所述的内燃机用无轴承曲柄机构。