專利名稱：曲軸箱和主軸承蓋構造的制作方法
技術領域：
本發明涉及內燃發動機，包括但不局限于用于內燃發動機的曲軸箱和主軸承蓋 構造。
背景技術：
典型的內燃發動機包括具有多個氣缸的曲軸箱。氣缸包含活塞，由于曲軸箱 中的多個氣缸內的可變體積中發生的燃燒事件，活塞的往復運動通過曲軸傳遞以產生發 動機的扭矩輸出。通常，發動機曲軸箱由鑄造金屬制成，并包括一體地形成在其中的通 道，這些通道用于將各種流體從發動機的一個位置傳遞到另一個位置。發動機曲軸箱必須具有高強度和高剛度，從而處理氣缸載荷并使曲軸被恰當地 軸頸支承以旋轉。為了提供這種剛度，已知的是提供分別鑄造和機加工的底座板，該底座板組裝 到主軸承蓋下的曲軸箱并進行機加工表面處理。替代地，結合橫向螺栓連接主軸承蓋的深裙板(主軸承蓋橫向螺栓連接到裙板) 提供了曲軸箱的剛性。傳統深裙板設計的軸承蓋單獨地制造然后組裝到曲軸箱并進行機 加工表面處理。美國專利6,145,574 ； 5,911,349和5,716,145公開了制造軸承蓋的方法，其中軸承 蓋與曲軸箱一起鑄造并且在機加工曲軸主軸承的軸頸軸承開口后從曲軸箱剝開或分離。本發明已經認識到需要有剛性曲軸箱設計，該設計還利用現場鑄造和剝離軸承
蓋設計ο
發明內容
本發明的示例性方法在剛性曲軸箱結構中利用具有橫向螺栓連接的主軸承蓋的 深裙板設計產生了鑄造的且剝開的主軸承蓋。該方法消除了分別鑄造用于剛性曲軸箱設 計的蓋和底座板的需要。曲軸箱裙板和蓋之間的鑄造窗和鋸切的或鉆孔的分離破壞了裙 板和蓋之間的連接以允許蓋被剝離。提供了一種制造發動機的示例性方法，包括以下步驟用鑄造材料鑄造側裙板，所述側裙板具有相對的第一側壁和第二側壁；用鑄造材料鑄造橫向壁，所述橫向壁連接所述側壁且具有邊緣；在所述橫向壁中預定主軸承軸頸位置；在所述主軸承軸頸位置的相對橫向側上，將第一空穴和第二空穴鑄造到橫向壁 中，每個空穴鄰近所述側壁的一個；預定從所述主軸承軸頸位置到所述第一空穴的第一斷口面和從所述主軸承軸頸 位置到所述第二空穴的第二斷口面；機加工圓形鉆孔，所述圓形鉆孔在所述主軸承軸頸位置穿過所述橫向壁并與第 一斷口面和第二斷口面相交，所述圓形鉆孔尺寸設定為主軸承軸頸；
沿從所述橫向壁的邊緣開始且止于所述第一空穴中的第一除去路徑除去鑄造材 料；沿從 所述橫向壁的邊緣開始且止于所述第二空穴中的第二除去路徑除去鑄造材 料；以及在所述圓形鉆孔內施加打開力以沿第一斷口面和第二斷口面使鑄造材料斷開； 以及將主軸承蓋與所述橫向壁的其余部分分離，所述主軸承蓋限定在所述圓形鉆 孔、第一斷口面和第二斷口面、第一除去路徑和第二除去路徑、邊緣、以及第一空穴和 第二空穴之間。在沿第一斷口面和第二斷口面使鑄造材料斷開之前，第一螺紋橫向螺栓孔和第 二螺紋橫向螺栓孔能夠被機加工到主軸承蓋中以從第一側壁和第二側壁接納螺紋緊固 件。能夠在鉆孔的每個橫向側的橫向壁中機加工至少一個主軸承螺紋螺栓孔，每個主軸 承螺紋螺栓孔在遠離所述主軸承蓋的方向上從第一斷口面和第二斷口面中的一個斷口面 延伸。沿第一除去路徑和第二除去路徑的鑄造材料能夠通過以鉆頭沿第一除去路徑和 第二除去路徑鉆入所述橫向壁而除去，所述鉆頭具有與沿每個相應第一除去路徑和第二 除去路徑的所述橫向壁的壁厚至少一樣寬的直徑。橫向壁能夠具有沿第一除去路徑和第 二除去路徑的減小的厚度。尤其地，厚度能夠通過相對凹槽減小，所述凹槽在橫向壁的 相對面上且其跟隨相應的除去路徑。替代地，沿第一除去路徑和第二除去路徑的鑄造材料能夠通過鋸切除去。當發動機在主軸承蓋分離后組裝時，裝填物或填隙件能夠安裝到除去路徑中以 確保堅固材料橋接提供在軸承蓋和側壁之間，從而防止當橫向螺栓被弄緊時的任何扭 曲、過應力或撓曲。提供了一種示例性發動機組，其包括氣缸體，所述氣缸體具有多個氣缸；裙板，所述裙板具有與所述氣缸體一起鑄造的相對的第一側壁和第二側壁；多個間隔開的橫向壁部分或隔板，每個橫向壁部分連接到第一側壁和第二側 壁；每個橫向壁部分具有半圓形上主軸承座架和所述上主軸承座架的每側上的主軸 承螺紋螺栓孔；主軸承蓋，所述軸承蓋緊固到所述橫向壁部分之下并具有半圓形下主軸承座 架，所述下主軸承座架布置在所述上主軸承座架下面，所述主軸承蓋具有與第一側壁隔 開的第一側邊緣和與第二側壁隔開的第二側邊緣；第一裝填物件，所述第一裝填物件緊密布置在第一邊緣和第一側壁之間，以及 第二裝填物件，所述第二裝填物件緊密布置在第二邊緣和第二側壁之間；第一橫向螺栓，所述第一橫向螺栓突出第一側壁并擰入所述主軸承蓋的第一螺 紋孔中，以及第二橫向螺栓，所述第二橫向螺栓突出第二側壁并擰入所述主軸承蓋的第 二螺紋孔中；以及緊固件，所述緊固件布置在所述下主軸承座架的每側，所述緊固件突出所述主軸承蓋并且擰入相應主軸承螺紋螺栓孔。第一和第二裝填物或填隙件能夠包括第一橫向孔和第二橫向孔，并且第一橫向 螺栓和第二橫向螺栓通過第一橫向孔和第二橫向孔。主軸承 蓋的第一邊緣能夠與第一側壁隔開部分為圓柱形的第一縫隙并且第一裝 填物件具有相應的圓柱形。主軸承蓋的第二邊緣能夠與第二側壁隔開部分為圓柱形的第 二縫隙并且第二裝填物件具有相應的圓柱形。除了曲軸箱的剛性設計，與傳統深裙板橫向螺栓連接設計的組裝相關聯的隔板 中的應力由于空心窗的成形而減小。提供了用于橫向螺栓連接的主軸承蓋設計的有成本效益的制造方法。通過將主 軸承蓋與主曲軸箱集成并將它們與曲軸箱的剩余部分一起機加工，避免了鑄造和機加工 分離的部件然后使它們在一起以用于最終的機加工。通過本發明及其實施例的下列詳細描述，通過權利要求并通過附圖，本發明的 多種其他優點和特征將變得更加顯而易見。
圖1是結合了本發明結構的柴油發動機的立體圖；圖2是圖1所示的發動機的一部分的示意性側視圖；圖3是沿圖2的線3-3大致剖開的放大局部剖視圖；圖4是類似于圖3的視圖，但是處于鑄造之后且機加工之前的更早的制造階 段；圖5是圖3所示的發動機的底部視圖，但是為了清楚除去了一些部件；以及圖6是圖5的放大部分。
具體實施例方式盡管本發明以很多不同形式的實施例解釋，但是存在本發明的具體實施例，這 些實施例將在附圖中示出并將在此處詳細描述，應理解到本公開內容被認為是本發明原 理的示例并且不旨在將本發明限制于所示的具體實施例。圖1示出了結合了本發明的示例性實施例的發動機10。所示發動機為V6柴油 發動機，例如可從美國伊利諾伊州沃倫維爾市(Warrenville，Illinois, US)的航星公司 (Navistar, Inc.)獲得的MAXXFORCE 5柴油發動機。盡管V6柴油發動機在此處示出，
但是本發明還可應用于其他發動機構造，例如V8和直列氣缸發動機。發動機包括進氣歧管12，閥頭16、18，閥蓋19、20，發動機組或曲軸箱21，以 及油盤26。發動機組21包括氣缸體32，以及具有左側壁34a和右側壁34b的裙板34。 發動機10前側由“F”表示并注明了曲軸皮帶盤29的存在。發動機左側由“L”表示 且右側由“R”表示。發動機后側由“B”表示。參考方向的意義僅在于易于此處的 描述并且本發明包含發動機在車輛中的任意具體定向。圖2示出了氣缸體和與油盤及圖1發動機的其余部件分離的裙板。氣缸體和裙 板除去了曲軸、桿、頭和其他發動機部件而示出。橫向壁33a、33b、33c、33d與側壁 34a、34b—起鑄造。如下所述，橫向壁被機加工以形成主軸承隔板36a、36b、36c、36d和主軸承蓋39a、39b、39c、39d。隔板36a、36b、36c、36d由裙板34和油盤26封住。 每個隔板在其下端上包括上主軸承座架38a、38b、38c、38d。主軸承蓋39a、39b、39c、39d螺栓連接到隔板36a、36b、36c、36d的每個，其 具有上主軸承座架38a、38b、38c、38d下面的下主軸承座架40a、40b、40c、40d。用 于曲軸的圓形軸承軸 頸35a、35b、35c、35d限定于每個座架對40a、38a ； 40b、38b ； 40c、38c ； 40d、38d 之間。圖3和4示出了一個隔板36a和一個主軸承蓋39a，應理解到其余的三個隔板 36b、36c、36d和其余的軸承蓋39b、39c、39d相同地構造。榫或銷55a、55b在軸承蓋的相對側裝配到位于軸承蓋和側壁34a、34b之間的縫 隙中。主軸承蓋39a、39b、39c、39d的每個主軸承蓋通過一對橫向螺栓56a、56b螺栓 連接到裙板34的左側壁34a和右側壁34b以使發動機組21固定。橫向螺栓56a、56b穿 過側壁34a、34b中的側壁平孔57a、57b插入，通過榫55a、55b中的榫平孔58a、58b并 被擰到主軸承蓋39a、39b、39c、39d中的蓋螺紋孔61a、61b中。主軸承蓋39a、39b、39c、39d使用四個主軸承螺栓41a、41b、41c、41d螺栓連 接到隔板36a、36b、36c、36d，該主軸承螺栓穿過平孔42a、42b、42c、42d插入并擰入 在隔板36a、36b、36c、36d中機加工的主軸承螺紋孔43a、43b、43c、43d中。在制造期間，主軸承蓋39a、39b、39c、39d以單體形式與隔板36a、36b、36c、 36d鑄造在一起，其包括主軸承座架38a、38b、38c、38d，裙板34和發動機組21的其 余部分。在機加工軸承軸頸35a、35b、35c、35d，主軸承螺栓孔42a、42b、42c、42d、 43a、43b、43c、43d，側壁 34a、34b 中的平孔 57a、57b，和主軸承蓋 39a、39b、39c、 39d中的螺紋孔61a、61b之后，進行沿一個或多個斷口裂開面72a、72b使主軸承蓋從座 架剝開的步驟。盡管所示的面72a、72b是共面的，但本發明還包含有角度的面72a、 72b。為了完成沿斷口裂開面72a、72b的分離，鑄造包括左和右空心窗或空穴74a、 74b，其與相應的斷口裂開面交叉并沿縱向(從前到后)延伸通過每個橫向壁。軸承蓋 39a、39b、39c、39d經由相應的左和右橋接件76a、76b與相鄰側部裙板側壁34a、34b — 起鑄造，該橋接件能夠通過被鋸切而從相鄰裙板側壁34a、34b分離，或者能夠具有沿鑄 造材料除去路徑(圖4和6)部分穿透橋接件76a、76b的相對垂直插槽或凹槽78a、78b， 該路徑從橫向壁的邊緣33e垂直于相應空穴74a、74b延伸。凹槽78a、78b之間的鑄造材 料的剩余腹板(web) 80能夠通過鉆孔工藝除去。具有至少與腹板80—樣寬的直徑“D” 的鉆頭產生了鉆孔84(圖6所示陰影)并在從腹板底部到空穴74a、74b的垂直方向上除 去了腹板80，鉆孔向空穴74a、74b開放。一旦該腹板被除去，軸承蓋能夠與隔板剝開且分離，其中為了重新組裝，每個 軸承蓋必須重新匹配到其相應的隔板。沿斷口裂開面從軸承座架剝開軸承蓋的方法的詳 細說明在例如美國專利6,145,574 ； 5,911,349 ；和5,716,145中描述，其通過引用并入本 文。為了重新組裝，軸承殼安裝在軸承蓋和隔板的座架內，曲軸安裝在軸頸35a、 35b、35c、35d內且軸承蓋使用螺栓41a、41b、41c、41d螺栓連接到正確的隔板。榫55a、55b緊密地裝配到每個軸承蓋39a、39b、39c、39d的每側上的鉆孔84中且橫向螺栓 穿過側壁34a、34b中的平孔57a、57b插入，通過榫中的孔58a、58b，并緊密擰到軸承蓋 中的螺紋孔61a、61b中。榫55a、55b用作裝填物或間隔物或填隙件，其重新填滿沿除去 路徑將被除去的鑄造材料除去所留下的縫隙，并提供軸承蓋和側壁34a、34b之間的堅固 材料橋接，使得弄緊螺栓56a、56b不引入側壁到軸承蓋連接上的側向扭曲或過量應力。 此外，空穴74a、74b的成形和存在在橫向螺栓連接期間減小了側壁和隔板上的應力。
從上面所述，將明白在不脫離本發明的精神和范圍的情況下可實現多種變化和 修改。應理解到，其旨在或應推斷為不相對于此處所示的具體裝置進行限制。
權利要求
1.一種制造發動機的方法，包括以下步驟用鑄造材料鑄造側裙板，所述側裙板具有相對的第一側壁和第二側壁； 用鑄造材料鑄造橫向壁，所述橫向壁連接所述側壁且具有邊緣； 在所述橫向壁中預定主軸承軸頸位置；在所述主軸承軸頸位置的相對橫向側上，將第一空穴和第二空穴鑄造到所述橫向壁 中，每個空穴鄰近所述側壁的一個側壁；預定從所述主軸承軸頸位置到所述第一空穴的第一斷口面和從所述主軸承軸頸位置 到所述第二空穴的第二斷口面；機加工圓形鉆孔，所述圓形鉆孔在所述主軸承軸頸位置穿過所述橫向壁并與所述第 一斷口面和第二斷口面相交，所述圓形鉆孔尺寸設定為主軸承軸頸；沿從所述橫向壁的邊緣開始且止于所述第一空穴中的第一除去路徑除去鑄造材料； 沿從所述橫向壁的邊緣開始且止于所述第二空穴中的第二除去路徑除去鑄造材料； 在所述圓形鉆孔內施加打開力以沿所述第一斷口面和第二斷口面使鑄造材料斷開；以及將主軸承蓋與所述橫向壁的其余部分分離，所述主軸承蓋限定在所述圓形鉆孔、所 述第一斷口面和第二斷口面、所述第一除去路徑和第二除去路徑、所述邊緣、以及所述 第一空穴和第二空穴之間。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括進一步的步驟在沿所述第一斷口 面和第二斷口面使鑄造材料斷開之前，將第一螺紋橫向螺栓孔機加工到所述主軸承蓋中 以從所述第一側壁接納螺紋緊固件，并且將第二螺紋橫向螺栓孔機加工到所述軸承蓋中 以從所述第二側壁接納螺紋緊固件。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括進一步的步驟在沿所述第一斷口 面和第二斷口面使鑄造材料斷開之前，在鉆孔的每個橫向側的橫向壁中機加工至少一個 主軸承螺紋螺栓孔，每個主軸承螺紋螺栓孔在遠離所述主軸承蓋的方向上從第一斷口面 和第二斷口面中的一個斷口面延伸。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，沿從所述橫向壁的邊緣開始且止于所述第 一空穴中的第一除去路徑除去鑄造材料；以及沿從所述橫向壁的邊緣開始且止于所述第 二空穴中的第二除去路徑除去鑄造材料的步驟進一步由以下限定沿所述第一除去路徑 和第二除去路徑的鑄造材料通過以鉆頭沿所述第一除去路徑和第二除去路徑鉆入所述橫 向壁而除去，所述鉆頭具有與沿每個相應第一除去路徑和第二除去路徑的所述橫向壁的 壁厚至少一樣寬的直徑。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，用鑄造材料鑄造連接所述側壁且具有邊緣 的橫向壁的步驟進一步由以下限定所述橫向壁具有沿第一除去路徑和第二除去路徑的 減小的厚度。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，沿從所述橫向壁的邊緣開始且止于所述第 一空穴中的第一除去路徑除去鑄造材料；以及沿從所述橫向壁的邊緣開始且止于所述第 二空穴中的第二除去路徑除去鑄造材料的步驟進一步由以下限定所述步驟通過鋸切完 成。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步驟提供用于安裝到第一除去路徑中的第一裝填物件和用于安裝到第二除去路徑中的第二裝填物件，并且在沿第一 除去路徑除去鑄造材料和沿第二除去路徑除去鑄造材料的步驟之后且在分離所述主軸承 蓋之后，當重新安裝所述軸承蓋時，將所述第一裝填物件和第二裝填物件裝配到所述第 一除去路徑和第二除去路徑中以代替被除去的鑄造材料。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，沿從所述橫向壁的邊緣開始且止于所述第 一空穴中的第一除去路徑除去鑄造材料；以及沿從所述橫向壁的邊緣開始且止于所述第 二空穴中的第二除去路徑除去鑄造材料的步驟進一步由以下限定沿所述第一除去路徑 和第二除去路徑的鑄造材料通過以鉆頭沿所述第一除去路徑和第二除去路徑鉆入所述橫 向壁而除去，所述鉆頭具有與沿每個相應第一除去路徑和第二除去路徑的所述橫向壁的 壁厚至少一樣寬的直徑，其中所述裝填物件包括圓柱榫，所述圓柱榫的尺寸設定成裝配 在由所述鉆頭鉆出的鉆孔內。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，包括進一步的步驟在沿所述第一斷口 面和第二斷口面使鑄造材料斷開之前，將第一螺紋橫向螺栓孔機加工到所述主軸承蓋的 一個邊緣中以從所述第一側壁接納第一螺紋緊固件，并且將第二螺紋橫向螺栓孔機加工 到所述軸承蓋的相對邊緣中以從所述第二側壁接納第二螺紋緊固件，并且提供孔，所述 孔穿過每個榫以使所述第一螺紋緊固件和第二螺紋緊固件通過其中并從所述第一側壁和 第二側壁到所述第一螺紋橫向螺栓孔和第二螺紋橫向螺栓孔。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，包括進一步的步驟在沿所述第一斷口 面和第二斷口面使鑄造材料斷開之前，在鉆孔的每個橫向側的橫向壁中機加工至少一個 主軸承螺紋螺栓孔，每個主軸承螺紋螺栓孔在遠離所述主軸承蓋的方向上從所述第一斷 口面和第二斷口面中的一個斷口面延伸。
11.一種發動機組，包括氣缸體，所述氣缸體具有多個氣缸；裙板，所述裙板具有與所述氣缸體一起鑄造的相對的第一側壁和第二側壁；多個間隔開的橫向壁部分，每個橫向壁部分連接到第一側壁和第二側壁；每個橫向壁部分具有半圓形上主軸承座架和所述上主軸承座架的每側上的主軸承螺 紋螺栓孔；主軸承蓋，所述軸承蓋緊固到所述橫向壁部分之下并具有半圓形下主軸承座架，所 述下主軸承座架布置在所述上主軸承座架下面，所述主軸承蓋具有與所述第一側壁隔開 的第一側邊緣和與所述第二側壁隔開的第二側邊緣；第一裝填物件，所述第一裝填物件緊密布置在所述第一邊緣和所述第一側壁之間， 以及第二裝填物件，所述第二裝填物件緊密布置在所述第二邊緣和所述第二側壁之間；第一橫向螺栓，所述第一橫向螺栓突出所述第一側壁并擰入所述主軸承蓋的第一螺 紋孔中，以及第二橫向螺栓，所述第二橫向螺栓突出所述第二側壁并擰入所述主軸承蓋 的第二螺紋孔中；以及緊固件，所述緊固件布置在所述下主軸承座架的每側，所述緊固件突出所述主軸承 蓋并且擰入相應主軸承螺紋螺栓孔。
12.如權利要求11所述的發動機組，其特征在于，所述第一裝填物件和第二裝填物件 包括第一橫向孔和第二橫向孔，并且所述第一橫向螺栓和第二橫向螺栓通過所述第一橫向孔和第二橫向孔。
13.如權利要求12所述的發動機組，其特征在于，所述主軸承蓋的所述第一邊緣與所 述第一側壁隔開部分為圓柱形的第一縫隙并且所述第一裝填物件為圓柱形；其中，所述 主軸承蓋的所述第二邊緣與所述第二側壁隔開部分為圓柱形的第二縫隙并且所述第二裝 填物件為圓柱形。
14.如權利要求11所述的發動機組，其特征在于，所述主軸承蓋的所述第一邊緣與所 述第一側壁隔開部分為圓柱形的第一縫隙并且所述第一裝填物件為圓柱形；其中，所述 主軸承蓋的所述第二邊緣與所述第二側壁隔開部分為圓柱形的第二縫隙并且所述第二裝 填物件為圓柱形。
全文摘要
本發明涉及曲軸箱和主軸承蓋構造。提供了制造發動機的方法，包括步驟鑄造具有相對的第一側壁和第二側壁的側裙板，以及用鑄造材料鑄造連接側壁的橫向壁。橫向壁將形成隔板和主軸承蓋。第一空穴和第二空穴鑄造到主軸承軸頸位置的相對橫向側的橫向壁，每個空穴鄰近一個側壁。主軸承軸頸孔然后機加工到橫向壁。鑄造材料沿從橫向壁邊緣開始且止于第一空穴\第二空穴的第一除去路徑\第二除去路徑除去。工具在圓形鉆孔內施加打開力以沿第一斷口面和第二斷口面使鑄造材料斷開，從而將主軸承蓋與隔板分離。在沿第一斷口面和第二斷口面斷開鑄造材料之前，主軸承螺栓孔和橫向螺栓孔能夠機加工到隔板和軸承蓋中。間隔物件當將軸承蓋重新組裝到隔板中時能夠裝配到除去路徑中。
文檔編號F16C35/00GK102022218SQ20101027616
公開日2011年4月20日 申請日期2010年8月31日 優先權日2009年9月2日
發明者A·B·維特考沃斯基, M·R·基爾克, R·C·肯尼茲 申請人:萬國引擎知識產權有限責任公司