CN1971019B - 与曲轴箱一体的气缸体 - Google Patents

Abstract

提出一种用于小型内燃机的与曲轴箱一体的气缸体的结构来增加强度和刚度从而尤其减少振动和噪声。气缸部分和成形为箱形的曲轴箱部分铸造成一体，曲轴箱罩被固定在曲轴箱部分上以覆盖其在前后方向上一侧的一个开口，曲轴轴承轴套带有曲轴轴承孔，该曲轴轴承孔设在曲轴箱部分的后壁的中心部分处向后壁的内侧和外侧伸出以支承曲轴的一端，其中，沿着所述曲轴箱部分的所述后壁与从所述后壁的周边延伸出的周壁连接的转角部形成一个内周肋片以从所述转角部分向内隆起。

Description

与曲轴箱一体的气缸体

技术领域

本发明涉及一种与曲轴箱一体的气缸体，其是一个使气缸部分和曲轴箱部分一体化的单个的铸造体，尤其是小型内燃机中的与曲轴箱一体的气缸体，增加强度和刚度从而减少振动和噪声。

背景技术

众所周知，一个小型单缸内燃机的主体由气缸部分和曲轴箱部分组成，活塞在气缸部分中作往复运动，曲轴在曲轴箱部分中受到支承进行旋转。气缸盖连在气缸部分的顶端上，曲轴箱罩连在曲轴箱部分的一侧的一个开口处以覆盖该开口。在小型内燃机中，将气缸部分和曲轴箱部分铸造一个单元块中。这样一个单元块被称为与曲轴箱一体的气缸体。

在这种与曲轴箱一体的气缸体(下文称作气缸体)中，出于使内燃机小型化和减轻重量的观点，不断努力减小气缸体的壁厚。然而，在减小气缸体的壁厚时经常出现问题，它的强度/刚度降低、振动增大，从而导致开裂的发生和噪声的增多。

在设计一个气缸体时，通过研究计算出来的强度和振动特性来建立一个基本方案，然而，气缸体的结构是非常复杂的立体结构很难进行分析。通过采用有限元法用计算机进行计算可以减少设计人工，然而，这个计算只能计算特定形状的气缸体，为了实现气缸体的优化配置，就必须比较不同气缸体结构的计算结果。因此，气缸体的设计还仍然处于一种需要大量人工来计算的状态，并且这仍然存在涉及设计成本和设计进度的问题。

为了解决这些问题，日本专利第3087106中公开了一种技术，以提供一种与曲轴箱一体的气缸体，有着减小了的壁厚从而减轻发动机的重量，没有引起强度的降低和噪声的增多，并且使优化气缸体配置的设计成本降低。

根据类似于此的现有技术，气缸体构造成使受力大的部分诸如用于安装发动机的基座部分(固定支座部分)和支承曲轴的轴承部分是厚的，施加在这些厚的部分上的力从厚的部分以分散给肋片等的一种状态下传递给薄壁。更确切地是，如在该发明的说明书的图5(B)所示，具有用于插入第一轴承的第一轴承孔的第一轴承轴套设在曲轴箱罩的中心部分向内伸出，具有用于插入第二轴承的第二轴承孔的第二轴承轴套设在气缸体的后壁的中心部分向内伸出，设置一对从每个轴承轴套的上部延伸的上端轴套-肋片，每个轴套-肋片之间的距离向上变宽，设有一对从每个轴承轴套的下部延伸的下端轴套-肋片，每个轴套-肋片之间的距离向下变宽。

然而，现有技术中，被第一轴承轴套的上端轴套-肋片、曲轴箱罩的上肋片和第一轴承轴套的外圆周的一部分围绕的梯形区域，以及被第二轴承轴套的上端轴套-肋片、气缸体的上肋片和第二轴承轴套的外圆周的一部分围绕的梯形区域，必须成形为厚的。因此，承受大力的部分如安装发动机的基座部分(固定支座部分)和支承曲轴的轴承部分成形为厚的，不能充分足够地达到薄壁气缸体结构。

而且，现有技术的应用局限于与曲轴箱一体的立式气缸，并且不能应用到与曲轴箱一体的倾斜式气缸。

很难将所述现有技术应用到如日本专利No.3243555公开的倾斜式气缸的发动机中，其中，与曲轴箱一体的气缸体具有从曲轴箱部分的倾斜壁部分延伸并与之垂直的气缸部分，它的气缸轴线从垂直于用于安装发动机的基座部分的方向倾斜。

发明内容

本发明是根据从实验和FEM(有限元法)分析得到的结果为基础通过研究和辨别噪声和振动的产生原因而做出的，发明目的是提供一种与曲轴箱一体的气缸体结构，通过增加和加强肋片来增加强度/刚度，同时特别保持气缸体薄的部分的厚度并且减少振动和噪声，然而遵循常规的曲轴箱一体的气缸体的基本结构。

本发明尤其旨在提供一种结构，利用该结构能够获得比现有技术更轻的重量，也易于应用到具有气缸主体从曲轴箱的端部倾斜伸出的气缸体的发动机中。

为了达到目的，本发明提出了一种用于小型单缸内燃机的与曲轴箱一体的气缸体，气缸部分和成形为箱形的曲轴箱部分被铸造在一起，曲轴箱罩被固定在曲轴箱部分上，曲轴轴承轴套带有曲轴轴承孔，曲轴轴承孔设在曲轴箱部分的后壁的中心部分向后壁的内侧和外侧凸出以支承曲轴的一端侧，其中，沿着后壁与周壁的交叉线至少在相对气缸部分位置的一部分交叉线上形成内周肋片，所述后壁是曲轴箱薄的厚度的部分，而所述周壁是薄的厚度的并且从后壁的周边延伸以形成箱形曲轴箱部分，该内周肋片从周壁向内隆起，换句话说，与曲轴箱一体的气缸体的曲轴箱有一个沿着曲轴箱部分的薄的后壁与从后壁的周边延伸的周壁连接的转角部形成的从转角部分向内隆起的内周肋片。具体地，如图2所示，围绕曲轴轴承轴套构成近似三角形的桁架结构，具有曲轴轴套19，及多个从曲轴轴承轴套19沿径向伸出的肋片22和至少在与气缸部分连接曲轴箱部分的部分相对的位置处的后壁的一个区域中，例如，连接后壁的左壁、底壁和顶壁的区域中的内周肋片40。

当然，优选地是，沿着后壁连接周壁的转角都设置内周肋片。

当应用到斜缸式小型单缸内燃机中时，与曲轴箱一体的气缸体，其具有由底壁、左壁、顶壁、与气缸部分相连的右上壁和与底壁相连的右下壁组成的周壁，通过至少在底壁、左壁和顶壁连接后壁的转角部分设置从这三个壁部向内隆起的内周肋片来提高承载平衡性。

优选地是，内周肋片在平行于周壁方向上的宽度比肋片的离开周壁的高度和周壁的厚度的总和大，具体地，内周肋片的宽度大约是周壁的厚度的三倍，肋片离开周壁的高度和周壁的厚度的总和大约是周壁厚度的两倍。

而且，优选地是，在后壁的外表面上，沿着平行于气缸中心轴线的线设有一个倾斜向下延伸的肋片和两个倾斜向上延伸的肋片42，在曲轴箱锥体的内表面上，沿着平行于气缸中心轴线的线设有一个倾斜向下延伸的肋片和两个倾斜向上延伸的肋片。

而且，优选地是，在设在曲轴箱部分的下部的水平延伸的基座部分与左、右下壁的每个壁之间在每个壁的大约中心深度处设有一个肋片，在左壁的外表面上设有一个水平肋片，在左壁的外表面上设有两个相互平行的从水平肋片的上表面垂直延伸的竖直肋片，其中的一个更靠近后壁延伸到顶壁，在顶壁上设有两个与更靠近后壁的竖直肋片正交延伸的肋片以连接所述的垂直肋片。

根据本发明，内周肋片通过沿着交叉部分进行加厚加固曲轴箱部分的薄周壁与后壁的交叉部分以能沿着交叉部分承受力，桁架结构由内周肋片和其它肋片形成，这样，增加了曲轴箱部分的强度并且曲轴箱部分的变形、为了更加明确发动机负荷引起交叉壁之间的角度的变化、从而曲轴箱部分的刚度增加及振动和噪声都被减少。

而且，曲轴箱部分的后壁的外表面上和曲轴箱罩的内表面上设有肋片，一个从每个曲轴轴承轴套倾斜向下伸出，两个倾斜向上伸出，该肋片有效地进行加强抵制燃烧室爆炸在气缸轴线方向上作用在轴承轴套上的力。

而且，两个宽肋片设在曲轴箱部分的左壁上，主要起增加侧壁刚度的作用，能抑制振动和噪声，宽肋片和设在基座部分的左右部的上表面与左右侧壁之间的肋片分别主要作用以增加基座部分抗弯曲强度。

通过耐久性测试证明了这些增加强度和刚度的手段的效果，通过增加刚度抑制了振动和噪声。

附图说明

图1是从输出轴端的左上方来看的应用本发明的发动机的主体的分解透视图；

图2是从输出轴端(曲轴箱罩侧)来看的本发明的气缸体的正视图；

图3是图2所示气缸体的后视图；

图4是图2所示气缸体的平面图；

图5是图2所示气缸体的左视图；

图6是沿图2的A-A线的剖视图；

图7是本发明的曲轴箱罩的显示其内侧的后视图，。

具体实施方式

现在将参照附图详述本发明的优选实施例。然而，除了特别规定之外，在实施例中的组成部分的尺寸、材料、相对位置等等仅是示例性的并不限制本发明的范围。

现在参照图1-7详述本发明的优选实施例。

图1是从输出轴端的左上方来看的应用本发明的四冲程斜缸式内燃机的主体的分解透视图。发动机主体1由与曲轴箱一体的气缸体(下文称作气缸体)2、用螺栓经密封垫3紧固在气缸体2的顶端面上的气缸盖4、和用螺栓经密封垫或油封(液封)紧固在气缸体2的一个侧面上的曲轴箱罩5组成。图2是从输出轴端(曲轴箱罩侧)来看的气缸体的正视图，图3、4、5和6分别是图2的后视图、俯视图、左视图和沿图2的A-A线的剖视图。

本发明涉及气缸体2的结构，包括曲轴箱罩5。

气缸体2(主要见图1和图2)有气缸部分6和箱形曲轴箱部分7，该气缸部分在它的周围有很多散热片并且在气缸部分的内侧具有一个图中未示出的气缸衬套，该曲轴箱部分用来容纳曲轴并支承曲轴的一端侧(输出端)在该处进行旋转。

部分6和7都是整体铸造以形成一个与曲轴箱一体的气缸体2。

气缸部分6自垂直方向朝向水平方向倾斜从而降低发动机的总高度，这样，气缸体就具有斜缸的结构，气缸轴线与发动机的垂直轴线和水平轴线不重合。气缸部分6的顶端面的开口的周围以及箱形曲轴箱部分7的前端面的开口7A的周围设有螺栓孔，这样，如上所述，用图中未示出的螺栓紧固气缸盖4和曲轴箱罩5可以分别覆盖这些开口。

曲轴箱部分7是一个薄壁箱形结构，它的前端开口，一个由底壁9、左壁10、顶壁11、向下线性倾斜的右上壁12和向底壁9延续的右下壁13组成的周壁在与开口7A相对的一侧从后壁8的外周沿着垂直该后壁8的方向伸出。顶壁11和右下壁13形成在曲轴方向(下文称作前后方向)上使开口端变大的两阶的壁。

气缸部分6连接在倾斜的右上壁12上。用于连接风扇箱的盘状板部分14设在后壁8的附近，以并行于后壁8伸出。

曲轴箱部分7的下部设有一个沿水平方向向左和右伸出的基座部分(固定支座部分)15来固定发动机。基座部分15是与底壁9一体成形的箱形结构，由板部分围绕成矩形，它的底部是开口的，用于提供螺栓孔以在矩形的四个角上插入发动机安装螺栓的有凸缘16，该凸缘与加强肋相连。在它的前后方向上，排油口17(见图5)设在左、右侧的中心部分上。

用于提供插入曲轴轴承的曲轴轴承孔18的曲轴轴承轴套19(见图6)设在后壁8的大约中心处，并且，在图2的轴套19的左下位置处设有用于提供凸轮轴轴承孔20的凸轮轴轴承轴套21。这些轴套在后壁8的内侧和外侧方向上凸出。曲轴的一端由被装配在轴承孔18中的轴承可旋转地支承，凸轮轴的一端被轴承孔20可旋转地支承。

曲轴轴承轴套19和凸轮轴轴承轴套21提供有多个肋片22、21A，六个从曲轴轴承轴套19沿径向伸出的肋片22，三个从凸轮轴轴承轴套21沿径向伸出的肋片21A和一个在与顶壁11邻近的位置处在前后方向上伸出的肋片23从而将作用在每个轴套上的负荷每个分散到后壁8上。曲轴箱部分7的开口7A的周围成形为一个向外弯曲的厚壁法兰24以形成一个经由一液封安装曲轴箱罩5的平面，法兰24上设有多个用于紧固曲轴箱罩的螺纹孔，并且法兰24也用作曲轴箱部分7的圆周部分的加固元件。

取轴箱罩5(见图1和7)为覆盖曲轴箱部分7的开口7A的一个罩子。它成形为薄壁浅箱形，并且在主壁30的背面(面向曲轴箱部分内部空间的内表面)设有面向曲轴箱部分7的后壁8的一个曲轴轴承轴套32，在它的中心位置设有一个曲轴轴承孔31用于安装曲轴箱轴承从而可旋转地支承曲轴的另一端。在轴套32的左下方设有一个伸出主壁30的内侧和外侧的凸轮轴轴套33。围绕主壁30的窄侧壁的端部成形为一个法兰34，其与曲轴箱部分7的法兰24相对应，法兰34上设有多个螺栓孔。

多个肋片35(六个从曲轴轴承轴套32沿径向伸出的肋片)和多个肋片33A(三个从凸轮轴轴承轴套33伸出的肋片)设在主壁30的背面。主壁30的前端(见图1)设有多个从前端面伸出的凸缘36，用于提供螺纹孔以安装一工作用的机器。设有连接这些凸缘36的圆弧肋片36A和径向伸出的将轴承轴套32连在凸缘36上的肋片36B。附图标记37是设在侧壁下半部两边的供油孔。

沿着曲轴箱部分7的后壁8与由都从后壁8垂直伸出的底壁9、左壁10、顶壁11、右上壁12和右下壁13组成的周壁的交叉线，在曲轴箱部分7的内侧，形成有着近似矩形(梯形)截面的肋片40，这样，包括肋片40的周壁的厚度a是原来的壁厚的两倍并且宽度b是原来的壁厚的三倍(见图2和图6)从而增加强度和刚度(下文将肋片40称作内周肋片)。多个从曲轴轴承轴套19沿径向伸出的肋片22连在内周肋片40上，这样，曲轴轴承轴套19、沿径向伸出的肋片22和肋片40形成围绕曲轴轴承轴套近似三角形的桁架结构。

而且，在曲轴箱部分7的后壁8的外表面上，沿着平行于气缸中心轴线并且经过曲轴轴承轴套19的中心的线，设有一个倾斜向下伸出的肋片41和两个倾斜向上伸出的肋片42。在基座部分15和左壁10之间以及基座部分15和右下壁13之间在前后方向上的中心部分处分别设有肋片43和肋片44，主要是用于加强的目的(见图1和图2)。左壁侧上的肋片43是四边形的，它的纵向端连在左壁10上，下端连在基座部分15的上表面上，上端连在肋片25的下表面上，肋片25是一个连接辅助装置并在前后方向上伸出的部分。右下壁侧13上的肋片44是三角形的，它的两端连在基座部分15的上表面和右下壁13上。

而且，用于增加刚度的两个宽肋片45和46设在左壁10上，平行于开口7A的法兰24的端面从连接辅助装置的肋片25的上表面向上伸出，其中，更靠近后壁8的肋片45伸向顶壁11，并且在顶壁11上设有两个在前后方向上伸出并与肋片45垂直相交的加强肋47、48(见图4、5和6)。在主壁30的背面(面向曲轴箱部分内部空间的内表面)上，沿着平行于气缸中心轴线并且经过曲轴轴承轴套32的中心的线设有一个倾斜向下伸出的肋片49和两个倾斜向上伸出的肋片50，以与设在后壁8的外表面上的肋片41和42对应(见图3)。

如上所述，装备有与曲轴箱一体的增加了强度和刚度的气缸体的内燃机，经各种工况测试证明，与普通发动机相比，如前面所提到的，充分抑制了振动和噪声，在空载工况下那些效果尤其显著，大大提高了耐用性。

尽管上文只描述了本发明应用到斜缸式内燃机的情形，但是，可以将本发明应用到气缸垂直布置在曲轴箱上的直列式内燃机的情形中。

Claims (9)

1.一种用于小型单缸内燃机的与曲轴箱一体的气缸体，包括铸造成一体的气缸部分和成形为箱形的曲轴箱部分，被紧固在箱形曲轴箱部分上的曲轴箱罩，带有一个曲轴轴承孔的曲轴轴承轴套，该曲轴轴承孔设在靠近所述曲轴箱部分的后壁的中心部分处向所述后壁的内侧和外侧伸出以支承曲轴的一端，

其中，沿着所述曲轴箱部分的薄的厚度的所述后壁与从所述后壁的周边伸出形成所述箱形曲轴箱部分的薄的厚度的周壁的交叉线，至少是沿着所述交叉线相对所述气缸部分位置的一个部分形成内周肋片(40)，所述内周肋片从所述周壁向内隆起。

2.一种用于小型单缸内燃机的与曲轴箱一体的气缸体，其包括铸造成一体的气缸部分和成形为箱形的曲轴箱部分，被紧固在曲轴箱部分上以覆盖其在前后方向上一侧的一个开口的曲轴箱罩，带有一个曲轴轴承孔的曲轴轴承轴套，该曲轴轴承孔设在靠近所述曲轴箱部分的后壁的中心部分处向所述后壁的内侧和外侧伸出以支承曲轴的一端，

其中，沿着所述曲轴箱部分的所述后壁与从所述后壁的周边延伸出的周壁连接的转角处形成内周肋片(40)，所述内周肋片(40)从所述转角部分向内隆起。

3.如权利要求1或2所述的与曲轴箱一体的气缸体，其中，至少在与气缸部分相对的区域中，由曲轴轴承轴套、多个从曲轴轴承轴套沿径向伸出的肋片(22)和后壁内侧围绕曲轴轴承轴套的内周肋片(40)形成近似三角形的桁架结构。

4.如权利要求1所述的与曲轴箱一体的气缸体，其中，沿着所述周壁连接后壁的内周边的部分都设置所述内周肋片。

5.如权利要求1或2所述的与曲轴箱一体的气缸体，其中，所述周壁由底壁、左壁、顶壁、与所述气缸部分相连的右上壁和与所述底壁相连的右下壁组成，并且，内周肋片(40)被设置成至少从所述底、左和顶壁向内隆起。

6.如权利要求1或2所述的与曲轴箱一体的气缸体，其中，内周肋片(40)在平行于所述周壁方向上的宽度比所述周壁上的肋片的高度与所述周壁的厚度的总和大。

7.如权利要求6所述的与曲轴箱一体的气缸体，其中，所述内周肋片的所述宽度大约是所述周壁的厚度的三倍，并且所述周壁上的所述肋片的高度与所述周壁的厚度的总和大约是所述周壁的厚度的两倍。

8.如权利要求1或2所述的与曲轴箱一体的气缸体，其中，在所述后壁的外表面上，沿着平行于气缸中心轴线的线设有一个倾斜向下伸出的肋片(41)和两个倾斜向上伸出的肋片(42)，并且，在所述曲轴箱罩的内表面上，沿着平行于气缸中心轴线的线设有一个倾斜向下伸出的肋片(49)和两个倾斜向上伸出的肋片(50)。

9.如权利要求1或2所述的与曲轴箱一体的气缸体，其中，在设在所述曲轴箱部分的下部的水平伸出的基座部分与所述左、下壁的每个壁之间在所述每个壁的大约中心高度处设有肋片(43，44)，在所述左壁的外表面上设有一个水平肋片(25)，在所述左壁的外表面上设有两个相互平行的从所述水平肋片(25)的上表面垂直伸出的竖直肋片(45，46)，其中更靠近所述后壁的一个(45)伸向所述顶壁，顶壁上设有两个垂直于所述更靠近后壁的垂直肋片伸出的肋片(47，48)以与该垂直肋片相连。

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