用于二沖程循環發動機的搖擺軸頸軸承的制作方法
【專利說明】用于二沖程循環發動機的搖擺軸頸軸承
[0001]相關申請
[0002]本申請包含與2011年8月15日提交的并且在2012年3月29日公布為US2012/0073526 Al的、共同擁有的美國專利申請13/136，955主題相關的主題。
技術領域
[0003]本領域涉及二沖程循環發動機，特別涉及在二沖程對置活塞發動機的活塞/曲軸聯桿中的軸頸軸承的不可逆加載。
【背景技術】
[0004]在常規曲柄-桿-滑塊發動機的四沖程循環中，活塞組件的慣性力在排氣沖程的過程中向肘銷軸承施加一個負的(即，反方向的)荷載。在這個荷載反向期間，肘銷中的這些荷載支承表面分離并且潤滑油進入該銷與支承表面之間的小空隙之中。由于這些部件之間的擠壓膜產生和/或相對運動，這個油供應對于該軸承以完全液壓模式進行操作是很關鍵的。
[0005]在二沖程循環發動機操作的一些方面，由于循環的性質，在發動機的正常速度和荷載范圍操作過程中可能永遠不會發生在軸頸軸承上的荷載反向；或者荷載反向的持續時間可能是相對短的持續時間。例如，在二循環柴油發動機的操作過程中，每個循環都會發生燃燒事件并且在活塞冠頂靠近頂部中心(TC)處幾乎總是存在氣體壓力加載，該氣體壓力加載甚至在高的活塞速度下仍然大于活塞組件在活塞/曲軸聯桿中的十字頭軸承上的慣性力。在該循環的另一端，在底部中心(Be)處該活塞組件的慣性力也保持十字頭軸承是被加載的。因此，貫穿整個循環，該軸承幾乎總是在處于正荷載下。因此，難以向十字頭軸承補充油。此外，在該軸承具有有限角振蕩的情況下，被引入到這些支承表面之間的油沒有完全填充該軸承。最終，該軸承開始以邊界層潤滑模式(也稱為“邊界潤滑模式”)運行，這導致過度的摩擦、磨損并且接著導致軸承失效。
[0006]在二沖程循環發動機構造中，已經以若干種方式來解決軸頸軸承的不可逆加載，例如通過使用:1.)滾動元件軸承，2.)高壓潤滑，以便將這些支承表面分離并且迫使油進入接頭之中，3.)扇段式軸承，將油流截留在這些表面之間，4.)減小發動機荷載，以允許降低軸承壓力，或者5.)以上一些項或所有項的組合。這些措施能夠解決在具有適度荷載和耐久性要求的發動機中進行足夠潤滑的需要，但是它們對高荷載的、長時間(10，000+小時)的二沖程循環發動機而言具有有限的效果。
[0007]為了減少二沖程循環發動機的軸頸軸承中的不可逆加載問題，已經提出了如圖1所示的搖擺軸頸軸承構造。在該圖中，軸承元件是以放大的相對尺寸分開示出的，以便更清晰地呈現軸承的多個區段之間的偏離。如圖1所示，具有多個偏離區段的搖擺軸頸軸承10包括分段式軸承套筒12和對應分段式軸承軸頸20。套筒12包括具有多個軸向間隔開的偏心布置的表面區段的支承表面13，并且該軸頸包括多個軸向間隔開的偏心布置的軸頸區段。套筒12具有一種半圓柱形構型，其中兩個側表面區段14共有第一中心線Cl，并且一個中央表面區段15將這兩個側表面區段14分開且具有與該第一中心線偏離的第二中心線C2。軸頸20具有一種圓柱形構型，其中兩個側軸頸區段21被定位成共有第一中心線Cl，并且一個中央軸頸區段將這兩個側軸頸區段分開并且被定位成共有第二中心線C2。軸頸區段在循環的搖擺部分期間從該套筒的表面被周期性地提升，從而緩解一個或更多個區段上的荷載同時維持剩余區段上的總荷載。套筒與軸頸區段的分離為油進入接頭提供了間隙。
[0008]雖然軸頸搖擺提供了分離從而允許將油引入支承表面之間，但是軸承的有限角振蕩損害填充軸承界面之間的容積的連續油膜的形成。在軸承循環部分期間當各個軸頸區段提升時，在套筒的匹配接觸區域上產生了低壓區域，從而導致在表面膜中的潛在空隙并且如果沒有被適當地填充的話則導致潛在空穴。因此油填充在搖擺軸頸軸承的操作和耐久性方面起到實質性的作用。
[0009]在現有技術中，鄰接表面與軸頸區段之間的周向邊界是帶凹槽的，以提供油圍繞區段的周向周界的傳輸。在某些重型二沖程循環發動機中，在表面區段中提供的軸向凹槽與表面區段之間的周向凹槽相交，以便增大油向表面與軸頸區段之間的界面之間的穿透。然而，在這些軸承構造中，油是經由以慣性來操作的、對表面區段的周向凹槽供油的通道被提供的，這限制了油被提供至軸承界面的壓力。此外，以慣性被供送的油的壓力在發動機運行期間波動。因此，油可能在不足以維持避免邊界層潤滑的適度厚度的連續油膜的壓力水平下被供送至軸承界面，這能夠導致這些搖擺軸頸軸承構造的耐久性受限且壽命縮短。
[0010]油充分滲透到搖擺軸頸界面之中需要的是，在填充循環期間連續可獲得的加壓油供油被及時遞送至搖擺軸頸軸承以便施加到軸承界面。
【發明內容】
[0011]目的是提供一種搖擺軸頸軸承設置，該搖擺軸頸軸承設置被構造成用于在二沖程循環發動機的運行過程中供應加壓油以便施加到軸承界面。搖擺軸頸軸承包括具有多個軸向間隔開的偏心布置的表面區段的支承表面，并且搖擺軸頸包括多個軸向間隔開的偏心布置的軸頸區段。搖擺軸頸被固持以便在支承表面上進行搖擺振蕩。在該搖擺軸頸中提供了油空間以用于接收并且維持一定體積的加壓油。該搖擺軸頸軸承包括用于將油遞送至油空間的一個入口通路以及通過軸頸區段起作用以提供油來填充軸頸界面的多個出口通路。
[0012]加壓油流使得油空間能夠在超過重力供送式通道的壓力的壓力下提供穩定的油供應并且還能夠抑制或消除油壓波動。
【附圖說明】
[0013]圖1是示出現有技術的搖擺軸頸軸承的多個元件的示意圖。
[0014]圖2是穿過二沖程循環發動機的汽缸所截取的縱向截面圖，其中肘銷設置被構成具有搖擺軸頸軸承。
[0015]圖3是顯示了具有儲油器的搖擺軸頸軸承的概念示意圖。
[0016]圖4和圖5分別是第一搖擺軸頸軸承構造的支承表面元件的透視圖和平面視圖。
[0017]圖6和圖7分別是第一搖擺軸頸軸承構造的搖擺軸頸元件的透視圖和縱向視圖。
[0018]圖8A和圖8B分別是沿著圖7的觀察線8A-8A和8B-8B截取的圖6和圖7的軸頸的豎直截面視圖。
[0019]圖9是包括搖擺軸頸軸承設置的活塞聯桿組件實施例的分解透視圖，該搖擺軸頸軸承設置具有圖4和圖6的支承表面和軸頸元件。
[0020]圖10和圖11示出了圖9的組裝后的活塞聯桿組件的軸向旋轉后的豎直截面視圖。
[0021]圖12是包括搖擺軸頸軸承設置的替代性活塞聯桿組件的分解透視圖，該搖擺軸頸軸承設置具有圖4和圖6的支承表面和軸頸元件。
[0022]圖13和圖14示出了圖12的組裝后的活塞聯桿組件的軸向旋轉后的豎直截面視圖。
[0023]圖15和圖16分別是第二搖擺軸頸軸承構造的搖擺軸頸元件的透視圖和縱向視圖。
[0024]圖17是圖16和圖17的搖擺軸頸元件的軸向截面。
[0025]圖18是包括搖擺軸頸軸承設置的活塞聯桿組件的分解透視圖，該搖擺軸頸軸承設置具有圖15、圖16和圖17的軸承軸頸元件。
[0026]圖19和圖20示出了圖18的組裝后的活塞聯桿組件的軸向旋轉后的豎直截面視圖。
【具體實施方式】
[0027]二沖程循環發動機是通過曲軸的單次完整旋轉以及連接至該曲軸的活塞的兩個沖程來完成動力循環的內燃發動機。二沖程循環發動機的一種示例是對置活塞發動機，其中一對活塞被相對地布置在汽缸的孔中。雖然這是不可逆荷載損壞肘銷和其他軸頸軸承的二沖程循環發動機的一種優選實施例，但是將要描述的搖擺軸頸軸承構造能夠用于其他類型的二沖程循環發動機。
[0028]如圖2所示，對置活塞發動機49具有至少一個帶汽門的汽缸50。例如，該發動機可以具有一個帶汽門的汽缸、兩個帶汽門的汽缸、三個帶汽門的汽缸或四個或更多個帶汽門的汽缸。出于展示的目的，假設發動機49具有多個帶汽門的汽缸。在這方面，每個汽缸50均具有孔52:排氣端口 54和進氣端口 56在其相應末端中形成。排氣端口 54和進氣端口 56均包括一個或更多個周向開口陣列。排氣活塞60和進