用于二冲程循环发动机的摇摆轴颈轴承的制作方法
【专利说明】用于二冲程循环发动机的摇摆轴颈轴承
[0001]相关申请
[0002]本申请包含与2011年8月15日提交的并且在2012年3月29日公布为US2012/0073526 Al的、共同拥有的美国专利申请13/136，955主题相关的主题。
技术领域
[0003]本领域涉及二冲程循环发动机，特别涉及在二冲程对置活塞发动机的活塞/曲轴联杆中的轴颈轴承的不可逆加载。
【背景技术】
[0004]在常规曲柄-杆-滑块发动机的四冲程循环中，活塞组件的惯性力在排气冲程的过程中向肘销轴承施加一个负的(即，反方向的)荷载。在这个荷载反向期间，肘销中的这些荷载支承表面分离并且润滑油进入该销与支承表面之间的小空隙之中。由于这些部件之间的挤压膜产生和/或相对运动，这个油供应对于该轴承以完全液压模式进行操作是很关键的。
[0005]在二冲程循环发动机操作的一些方面，由于循环的性质，在发动机的正常速度和荷载范围操作过程中可能永远不会发生在轴颈轴承上的荷载反向；或者荷载反向的持续时间可能是相对短的持续时间。例如，在二循环柴油发动机的操作过程中，每个循环都会发生燃烧事件并且在活塞冠顶靠近顶部中心(TC)处几乎总是存在气体压力加载，该气体压力加载甚至在高的活塞速度下仍然大于活塞组件在活塞/曲轴联杆中的十字头轴承上的惯性力。在该循环的另一端，在底部中心(Be)处该活塞组件的惯性力也保持十字头轴承是被加载的。因此，贯穿整个循环，该轴承几乎总是在处于正荷载下。因此，难以向十字头轴承补充油。此外，在该轴承具有有限角振荡的情况下，被引入到这些支承表面之间的油没有完全填充该轴承。最终，该轴承开始以边界层润滑模式(也称为“边界润滑模式”)运行，这导致过度的摩擦、磨损并且接着导致轴承失效。
[0006]在二冲程循环发动机构造中，已经以若干种方式来解决轴颈轴承的不可逆加载，例如通过使用:1.)滚动元件轴承，2.)高压润滑，以便将这些支承表面分离并且迫使油进入接头之中，3.)扇段式轴承，将油流截留在这些表面之间，4.)减小发动机荷载，以允许降低轴承压力，或者5.)以上一些项或所有项的组合。这些措施能够解决在具有适度荷载和耐久性要求的发动机中进行足够润滑的需要，但是它们对高荷载的、长时间(10，000+小时)的二冲程循环发动机而言具有有限的效果。
[0007]为了减少二冲程循环发动机的轴颈轴承中的不可逆加载问题，已经提出了如图1所示的摇摆轴颈轴承构造。在该图中，轴承元件是以放大的相对尺寸分开示出的，以便更清晰地呈现轴承的多个区段之间的偏离。如图1所示，具有多个偏离区段的摇摆轴颈轴承10包括分段式轴承套筒12和对应分段式轴承轴颈20。套筒12包括具有多个轴向间隔开的偏心布置的表面区段的支承表面13，并且该轴颈包括多个轴向间隔开的偏心布置的轴颈区段。套筒12具有一种半圆柱形构型，其中两个侧表面区段14共有第一中心线Cl，并且一个中央表面区段15将这两个侧表面区段14分开且具有与该第一中心线偏离的第二中心线C2。轴颈20具有一种圆柱形构型，其中两个侧轴颈区段21被定位成共有第一中心线Cl，并且一个中央轴颈区段将这两个侧轴颈区段分开并且被定位成共有第二中心线C2。轴颈区段在循环的摇摆部分期间从该套筒的表面被周期性地提升，从而缓解一个或更多个区段上的荷载同时维持剩余区段上的总荷载。套筒与轴颈区段的分离为油进入接头提供了间隙。
[0008]虽然轴颈摇摆提供了分离从而允许将油引入支承表面之间，但是轴承的有限角振荡损害填充轴承界面之间的容积的连续油膜的形成。在轴承循环部分期间当各个轴颈区段提升时，在套筒的匹配接触区域上产生了低压区域，从而导致在表面膜中的潜在空隙并且如果没有被适当地填充的话则导致潜在空穴。因此油填充在摇摆轴颈轴承的操作和耐久性方面起到实质性的作用。
[0009]在现有技术中，邻接表面与轴颈区段之间的周向边界是带凹槽的，以提供油围绕区段的周向周界的传输。在某些重型二冲程循环发动机中，在表面区段中提供的轴向凹槽与表面区段之间的周向凹槽相交，以便增大油向表面与轴颈区段之间的界面之间的穿透。然而，在这些轴承构造中，油是经由以惯性来操作的、对表面区段的周向凹槽供油的通道被提供的，这限制了油被提供至轴承界面的压力。此外，以惯性被供送的油的压力在发动机运行期间波动。因此，油可能在不足以维持避免边界层润滑的适度厚度的连续油膜的压力水平下被供送至轴承界面，这能够导致这些摇摆轴颈轴承构造的耐久性受限且寿命缩短。
[0010]油充分渗透到摇摆轴颈界面之中需要的是，在填充循环期间连续可获得的加压油供油被及时递送至摇摆轴颈轴承以便施加到轴承界面。
【发明内容】
[0011]目的是提供一种摇摆轴颈轴承设置，该摇摆轴颈轴承设置被构造成用于在二冲程循环发动机的运行过程中供应加压油以便施加到轴承界面。摇摆轴颈轴承包括具有多个轴向间隔开的偏心布置的表面区段的支承表面，并且摇摆轴颈包括多个轴向间隔开的偏心布置的轴颈区段。摇摆轴颈被固持以便在支承表面上进行摇摆振荡。在该摇摆轴颈中提供了油空间以用于接收并且维持一定体积的加压油。该摇摆轴颈轴承包括用于将油递送至油空间的一个入口通路以及通过轴颈区段起作用以提供油来填充轴颈界面的多个出口通路。
[0012]加压油流使得油空间能够在超过重力供送式通道的压力的压力下提供稳定的油供应并且还能够抑制或消除油压波动。
【附图说明】
[0013]图1是示出现有技术的摇摆轴颈轴承的多个元件的示意图。
[0014]图2是穿过二冲程循环发动机的汽缸所截取的纵向截面图，其中肘销设置被构成具有摇摆轴颈轴承。
[0015]图3是显示了具有储油器的摇摆轴颈轴承的概念示意图。
[0016]图4和图5分别是第一摇摆轴颈轴承构造的支承表面元件的透视图和平面视图。
[0017]图6和图7分别是第一摇摆轴颈轴承构造的摇摆轴颈元件的透视图和纵向视图。
[0018]图8A和图8B分别是沿着图7的观察线8A-8A和8B-8B截取的图6和图7的轴颈的竖直截面视图。
[0019]图9是包括摇摆轴颈轴承设置的活塞联杆组件实施例的分解透视图，该摇摆轴颈轴承设置具有图4和图6的支承表面和轴颈元件。
[0020]图10和图11示出了图9的组装后的活塞联杆组件的轴向旋转后的竖直截面视图。
[0021]图12是包括摇摆轴颈轴承设置的替代性活塞联杆组件的分解透视图，该摇摆轴颈轴承设置具有图4和图6的支承表面和轴颈元件。
[0022]图13和图14示出了图12的组装后的活塞联杆组件的轴向旋转后的竖直截面视图。
[0023]图15和图16分别是第二摇摆轴颈轴承构造的摇摆轴颈元件的透视图和纵向视图。
[0024]图17是图16和图17的摇摆轴颈元件的轴向截面。
[0025]图18是包括摇摆轴颈轴承设置的活塞联杆组件的分解透视图，该摇摆轴颈轴承设置具有图15、图16和图17的轴承轴颈元件。
[0026]图19和图20示出了图18的组装后的活塞联杆组件的轴向旋转后的竖直截面视图。
【具体实施方式】
[0027]二冲程循环发动机是通过曲轴的单次完整旋转以及连接至该曲轴的活塞的两个冲程来完成动力循环的内燃发动机。二冲程循环发动机的一种示例是对置活塞发动机，其中一对活塞被相对地布置在汽缸的孔中。虽然这是不可逆荷载损坏肘销和其他轴颈轴承的二冲程循环发动机的一种优选实施例，但是将要描述的摇摆轴颈轴承构造能够用于其他类型的二冲程循环发动机。
[0028]如图2所示，对置活塞发动机49具有至少一个带汽门的汽缸50。例如，该发动机可以具有一个带汽门的汽缸、两个带汽门的汽缸、三个带汽门的汽缸或四个或更多个带汽门的汽缸。出于展示的目的，假设发动机49具有多个带汽门的汽缸。在这方面，每个汽缸50均具有孔52:排气端口 54和进气端口 56在其相应末端中形成。排气端口 54和进气端口 56均包括一个或更多个周向开口阵列。排气活塞60和进