专利名称：十字头式发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种十字头式发动机，尤其二冲程大型柴油发动机，包括至少一个装在配属的气缸内的活塞，活塞通过活塞杆与一个十字头连接，十字头通过连杆与曲轴协同工作以及十字头设有侧向滑块，为滑块配设平行于活塞运动方向延伸的滑轨，其中，跟随活塞上和下往复运动的十字头交替地分别以一对其成对地彼此处于相对位置的滑块压靠在分别为它们配设的滑轨上，在此期间另一侧卸荷。
按本发明此目的采取下列措施达到滑轨的滑动面沿其长度与在被压紧的滑块那一边实施的十字头的行程中在滑块与滑轨之间相关的压紧力沿滑块行程的长度预期的变化过程按这样的方式相匹配，即，使滑动面被滑块接触、承载的面积随压紧力增加和减小。
这些措施以有利的方式导致优化滑轨的构型，使之作为在被压紧的滑块那一边实施的往复运动期间配属的滑块位置的函数。在滑块与滑轨之间相互接触面积的有效值在滑块的任何位置与有效的压紧力匹配，使得在任何情况下都不会超过允许的压力或超过为保持规定厚度的润滑油膜期望的压力，但另一方面也不存在任何尺寸过大的现象。由此基本上避免不必要的摩擦损失并因而达到整个发动机高的效率和良好的经济性。
在从属权利要求中说明上述措施有利的设计和恰当的进一步发展。例如，为了优化上面已说明的一般性教导并由此取得特别好的效果，可将滑轨的滑动面设计为，使在被压紧的滑块那一边，在滑块与滑轨之间的压力沿滑动面的长度基本是常数。在这里保证了在滑块行程的全长上达到一种最佳的接近等厚的润滑油膜，并因而保证实现杰出的润滑，从而进一步强化上述有关避免滑动摩擦和磨损的优点。
另一项有利的措施可在于，使滑轨滑动面的承载宽度沿其长度与在滑轨和滑块之间的压紧力沿十字头在被压紧的压块那一边实施的行程预期的变化过程同样改变。滑轨的承载宽度的改变意味着一种实际上实施上面已提及的按本发明的教导特别简单的可能性。
按第一种设计，滑轨本身沿其滑动面的长度可以有一种变化的宽度。这样做节省材料和减轻结构重量。
上述措施的另一项有利的设计可在于，滑轨在面朝配属的滑块那一侧的区域内有至少一个构成滑动面的突起的区域和一个与之相比下沉的不承载区域。在这里，滑轨在其整个高度上可以是等宽的，其中仅仅是滑动面沿其长度有变化的宽度。这种设计能特别好地适用于采取按本发明的措施事后改造已有的滑轨。
恰当地，在突起的滑动面与下沉区之间的过渡是修圆的，以避免棱边区崩落。
另一种特别优选的方案可在于，为滑轨配设支架，支架设有按这样的方式布置和/或设计的减弱区，即，使得滑轨由于拉杆的作用引起的变形造成下沉区域。由此以有利的方式省去了往往要求的在滑轨内的介入。
另一项恰当的措施可在于，滑轨承载的滑动面总是设计为连续表面；以及，为滑轨配设喷油嘴，借助它们可为其滑动面供润滑油射束。喷油嘴使得间断在滑块与滑轨之间的相互接触面的润滑油槽成为多余。在滑轨与滑块的滑动面之间，亦即在接触面的区域内形成的润滑油膜内部因而可建立起比较大的压力，从而可以减小相互接触面，这对于避免不必要的摩擦损失和磨损同样能起有利的作用。
在其余从属权利要求中说明上述措施其他有利的设计和恰当的进一步发展，并可由下面借助于附图的实施例说明中详细看出。
图1所示的二冲程大型柴油十字头式发动机包括多个前后串联的气缸1，气缸各有一个设有进气口的气缸套2，气缸套内装一配属的活塞3。活塞通过一同轴的活塞杆4与十字头5连接，十字头与活塞3同样上下运动并通过连杆6与曲轴7连接。此曲轴处于发动机座的下部8内。在下部8上安装一包含十字头5的中间结构9，气缸1安置在此中间结构上。活塞杆4穿过中间结构9向上指的壁，为此，壁上设有一通行衬套10。上面提及的发动机座的部分借助在图1中仅通过其中心线示意表示的拉杆23连接在一起。
十字头5有两对沿发动机横向彼此相对的滑块11，它们贴靠在一个分别配设的滑轨12上并借助滑轨导引。滑块11和滑轨12制有互相面对的滑动面13、14。发动机座的中间结构9在气缸1下方设有以发动机座的横壁15或与之平行的端壁为界的分别用于一个十字头5的腔。滑轨12安装在各自相邻的横壁15或端壁上并通过侧向增强装置16支承在壁上。增强装置与配属的滑轨12和横壁15或端壁一起分别构成一个横截面为三角形的通道的边界，上面提及的拉杆23可以穿过此通道。滑轨12连同配属的增强装置16可沿中间结构9的整个高度延伸，不过在图1中为了简化视图起见并不是所述的这种情况。
滑块11的滑动面13和滑轨12的滑动面14设计为不分段的光滑表面，为了获得良好的工作特性它们被供给润滑油。为此所设的润滑装置包括可供润滑油的喷油嘴17，借助喷油嘴产生对准滑轨12滑动面14的射束18。在本例中喷油嘴17设在滑轨12上端部的区域内，在这里安装在中间结构9向上指的壁上。附加地或与之不同地也可为每个滑轨12配设多个沿其高度分布的喷油嘴和/或设在十字头5上的喷油嘴。
在止点之外，从连杆6向十字头5传递的力相对于活塞或十字头轴线倾斜地延伸。此力的水平分量在下行行程中与其在上行行程中的方向相反地延伸。跟随着实施向下和向上往复运动的活塞3的十字头5，与之相应地按行程交替地以沿从连杆6施加在十字头5上的力的水平分力方向总是在前面的那些滑块11压紧在配属于这些滑块的滑轨12上，在此期间处于相对位置的滑块11和滑轨12卸载。压紧力的大小在每个行程过程中是变化的，因为从连杆6施加在十字头5上的力的水平分量的大小，取决于在以活塞3为界的工作腔内沿行程改变的有效压力以及连杆6的倾斜位置，并因而取决于曲轴角以及由此取决于十字头5在其上行行程或下行行程范围内的位置。
在滑块11和滑轨12之间的相互接触面必须如此大，使之不超过允许的压力以及能形成期望厚度的润滑油膜。与此同时，在滑块11与滑轨12之间对运动起反作用的相互摩擦力本身取决于彼此接触面的大小。滑块11的滑动面13是连续的平面以及非成型的和有一种矩形的构型，此构型有与滑块11的高度相应的高度和与滑块11的宽度相应的宽度。彼此的最大接触面存在于下列状况，即，始终以其整个长度放在配属的滑轨12上的滑块11，也以其整个宽度承载地与配属的滑轨12的滑动面14协同工作。最大的接触面积根据预期的最大压紧力确定其尺寸。为了使与最大压紧力相比在作用有较小压紧力的地方避免在滑块11与配属的滑轨12之间相互的接触面尺寸过大，并因而尽可能减小起对抗十字头5运动的作用的阻力和由此引起的功率损失，使滑轨12的滑动面14沿着被配属的滑块11在每个行程中扫过的高度以这样的方式与十字头5在用被压紧的滑块11实施的行程中沿着被滑块11扫过的滑轨区预期的在滑块11与滑轨12之间相互压紧力的变化过程相匹配，即，使滑动面14被滑块接触、承载的面积随本身变化的压紧力同样增加和减小。
在这种情况下可获得最佳效果，即，将滑轨12的滑动面14设计为，使在滑块11的滑动面13与配属的滑轨12的滑动面14之间的压力在十字头5用被压紧的滑块11实施的冲程期间，沿相互接触行程的整个长度基本上是常数，所以在整个行程上也可获得一种预定的接近恒定厚度的润滑油膜，从而保证特别小的运动阻力和特别受保护地工作。这一教导可采取措施简单地实现，如图2至6所示令滑轨12滑动面14的承载宽度沿被滑块11经过的行程S的长度，与在滑块11与滑轨12之间相互压紧力沿此行程预期的变化过程同样改变。
图2中表示了滑块11在用点划线表示的上止点和下止点的位置。在上止点时滑块上棱边与在下止点时滑块下棱边之间的距离，等于上面已提及的由滑块11在每个冲程移过的行程S的长度，在下文中将它称为接触行程，以及它与十字头5冲程的长度再加上滑块11的高度相等。
在以图2和3为基础的设计中，滑轨12在其全长上有相同的宽度b。因此提供了滑轨12平行的侧面，滑轨12在一个侧面的区域内固定在发动机座相邻的横壁15上，以及滑轨在其另一个侧面的区域内支承在增强装置16上。滑轨12的滑动面14从面朝横壁15的那一侧一直伸达滑轨12平行于横壁的那个边缘。滑动面14处于相对位置的边缘20并不平行于横壁15延伸，而是设计为曲线，这条曲线按照一个被压紧的滑块11所施加的压紧力沿接触行程S随滑块11位置的函数关系变化。因此，滑动面14的有效宽度沿接触行程S改变，其中最大宽度等于滑轨12在上面已提及的宽度b。滑块11的宽度同样相应于宽度b。在这里，滑动面14以相对于其上侧下沉的区域21为界。
这一曲线可通过部分去除材料制成，例如通过铣削或腐蚀等，或可通过无切屑变形制成，例如通过压制。具有深度t的下沉可由图4清楚地看出。下沉的深度t设计为使得滑块以其滑动面13贴靠在滑轨12的滑动面14上时不能与此下沉区21接触。在这里下沉深度为1mm就完全够了。在下沉区21与不下沉的滑动面14之间的过渡恰当地是修圆的，这可使棱边区减荷。
为构成有曲线形边缘20的滑动面14所需的形式上为铣制过程、腐蚀过程或挤压过程等的加工，可以在新的或已经使用的滑轨上实施。因此以有利的方式也有可能使已有的十字头式发动机的滑轨配备按本发明设计的滑动面。
以图2为基础的滑轨12在下行行程时受载。在下行行程中在上止点附近出现最大压紧力。压紧力接着降低，并在接触行程S上部三分之一的大约末端处达到最低值。接着此力再次增大，但没有达到上部区的高值，然后在接触行程S的端部附近重新降到一个低值，此值大体等于上述最低值。构成滑动面14宽度边界的边缘20按同样的方式变化，也就是说滑动面14的宽度沿着接触行程S增和减，在此过程中最大宽度与上面已提及的宽度b一致。
以图3为基础的滑轨12在上行行程时受载。由配属的滑块11传递的压紧力在这里在下止点附近达到一个延续比较长的最大值，接着下降到一个大体位于接触行程S上部三分之一的下端的最小值，然后再次在上止点附近增加到最大值。构成滑动面14有效宽度边界的边缘20按同样的方式变化，也就是说滑动面的宽度沿着接触行程S减和增，在此过程中最大宽度仍对应于上面已提及的滑轨的宽度b。
在这两种情况下与下沉的区域21相比突起的起滑动面14作用的区域都构成一连续的表面，此表面一侧沿一直的棱边终止在横壁15上，另一侧以曲线形边缘20为界。因为滑动面14沿其长度无任何间断地存在，所以在滑轨12的滑动面14与配属的滑块11的滑动面13之间的间隙内形成的润滑油膜内部，沿滑块11的高度建立起一个比较大的油膜压力，因此为达到预定的压力滑块11有比较小的高度就已经足够了。与上面已说明的沿接触行程S可变的滑动面14宽度相结合，导致起对抗滑块11运动的作用的摩擦力最小化以及预期的磨损的最小化并因而提高发动机的效率和延长其使用寿命。
图5表示构成下沉区域21的另一种可能性。在这里，分别为滑轨12配设的形式上为前言提及的增强装置16的支架，为了在拉杆23的作用下能够使滑轨12有目的地变形，制有恰当的弹性槽24。它们实际上构成增强装置16的一种类型的减弱。在这里沿发动机座中间结构9整个高度延伸的滑轨12通过拉杆23受压应力。在所属的增强装置16有弹性孔24的地方，滑轨12在受到由相邻的拉杆23引起的相应的载荷下可以垂直于纵向弯曲。而在未设弹性槽24或由增强装置16构成的滑轨被附加地增强的地方，滑轨12较少或不弯曲。以此方式可在滑动面一侧获得期望的支承型面。
为了获得增强装置16期望的弹性，弹性槽24的构型，亦即其长度和/或宽度可以改变。这在图5中实现，其中，在画在右边的增强装置16中所设的弹性槽24造成如图2所示的一个承载的滑动面14和下沉的区域21，而在左边的增强装置16中所设的弹性槽24造成如图3所示的一个承载的滑动面14和下沉的区域21。但也可以设想，通过改变相同的弹性槽的分布达到同样的或类似的效果。弹性槽24的深度也可以改变。它们可设计为贯通的或不贯通的槽。在任何情况下弹性槽24均应设计和布置为，使由此可能的滑轨12的变形导致期望的支承型面。
上面已提及类型的弹性槽24可采用作为按图2-4所示措施的替换方式或作为附加的措施，如在图4中用虚线暗示的那样。
当然也还可以，令滑轨12不必要作为滑动面的区域不仅下沉而是整个去除。图6表示了这种实施形式。因此，在这里滑轨12沿接触行程S有一种可变的宽度，其中滑动面14的宽度沿行程S对应于滑轨12本身在那里的宽度。构成滑动面14的与滑轨12固定在它上面的横壁15处于相对位置的那一侧边界的边缘20，可通过切割或火焰切割过程制造。在这里为了达到一种受保护的工作也可以恰当的是，在边缘20的区域内规定修圆。滑轨12超出接触行程S末端伸出的端部区在这里可分别有一个具有在接触行程S相关端存在的宽度的恒定的宽度。通过在按图6的实施形式中所设的在边缘侧的凹口22，造成滑轨12的某种减弱。因此，此滑轨12必须有一个与图2和3所示的滑轨设计相比略大一些的厚度。
在图2、3和6中边缘20沿接触行程S准确地遵循一条与预期的力变化过程对应的曲线。但为了便于制造也可以设想采用一种近似于上述曲线的变化过程，如在图6中用虚线暗示的边缘20’示意表示的那样。
权利要求
1.一种十字头式发动机，尤其二冲程大型柴油十字头式发动机，包括至少一个装在配属的气缸(1)内的活塞(3)，活塞通过活塞杆(4)与一个十字头(5)连接，十字头通过连杆(6)与曲轴(7)协同工作以及十字头设有侧向滑块(11)，为滑块配设平行于活塞(3)运动方向延伸的滑轨(12)，其中，跟随活塞(3)上和下往复运动的十字头(5)交替地分别以一对其成对地彼此处于相对位置的滑块(11)压靠在分别为它们配设的滑轨(12)上，在此期间另一侧卸荷，其特征为滑轨(12)的滑动面(14)沿其长度(S)与在被压紧的滑块(11)那一边实施的十字头(5)的行程中在滑块(11)与滑轨(12)之间彼此的压紧力沿长度(S)预期的变化过程按这样的方式相匹配，即，使滑动面(14)被滑块(11)接触、承载的面积随压紧力增加和减小。
2.按照权利要求1所述的十字头式发动机，其特征为滑轨(12)的滑动面(14)设计为，使在被压紧的滑块那一边，在滑块(11)与滑轨(12)之间的压力沿滑动面(14)的长度基本是常数。
3.按照前列诸权利要求之一所述的十字头式发动机，其特征为滑轨(12)的滑动面(14)的承载宽度沿其长度与在滑轨(12)和配属的滑块(11)之间的压紧力沿十字头(5)行程长度预期的变化过程同样变化。
4.按照权利要求3所述的十字头式发动机，其特征为滑轨(12)的滑动面(14)分别有一个直的侧面边界和一个有一种变化过程的侧面边界(20、20’)。
5.按照权利要求4所述的十字头式发动机，其特征为滑轨(12)装在发动机座一个横向延伸的壁(15)上的一个纵侧区内；以及，滑动面(14)有一种变化过程的侧面边界(20、20’)背对安装有关滑轨(12)的壁(15)。
6.按照权利要求4或5所述的十字头式发动机，其特征为滑轨(12)分别有一个直的侧面边界和一个有一种变化过程的侧面边界。
7.按照权利要求4或5所述的十字头式发动机，其特征为滑轨(12)在面朝配属的滑块(11)的那一侧区域内有至少一个构成滑动面(14)的突起的区域和一个与之相比下沉的不承载区域(21)。
8.按照权利要求7所述的十字头式发动机，其特征为在滑动面(14)与下沉的不承载区域(21)之间的过渡是修圆的。
9.按照权利要求7或8所述的十字头式发动机，其特征为不承载的下沉区域(21)相对于滑动面(14)的下沉为大约1mm。
10.按照权利要求7至9之一所述的十字头式发动机，其特征为为滑轨(12)配设支架(16)，支架设有按这样的方式布置和/或设计的减弱区，即，使得滑轨(12)由于拉杆(23)的作用引起的变形造成下沉区域(21)。
11.按照权利要求10所述的十字头式发动机，其特征为减弱区设计为弹性槽(24)。
12.按照前列诸权利要求之一所述的十字头式发动机，其特征为滑动面(14)设计为连续表面；以及，为滑轨(12)配设喷油嘴(17)，借助它们可为其滑动面(14)供润滑油射束(18)。
全文摘要
本发明涉及一种十字头式发动机，包括至少一个装在配属的气缸(1)内的活塞(3)，活塞通过活塞杆(4)与一个十字头(5)连接，十字头通过连杆(6)与曲轴(7)协同工作以及十字头设有侧向滑块(11)，为滑块配设平行于活塞(3)运动方向延伸的滑轨(12)，在此十字头式发动机中可采取下列措施达到高的效率和良好的经济性，即，使滑轨(12)的滑动面(14)沿其长度(S)与在被压紧的滑块(11)那一边实施的十字头(5)的行程中在滑块(11)与滑轨(12)之间彼此的压紧力沿行程长度预期的变化过程按这样的方式相匹配，即，使滑动面(14)被滑块(11)接触、承载的面积随压紧力增加和减小。
文档编号F01M1/08GK1460781SQ0313149
公开日2003年12月10日 申请日期2003年5月16日 优先权日2002年5月18日
发明者安德斯·沃伦德 申请人:曼B与W狄赛尔公司