用于内燃发动机的推力板和使内燃发动机运转的方法
【专利摘要】一种内燃发动机（10）包括限定有从第一端（20）朝第二端（22）延伸的至少一排（14，16）气缸（18）的发动机气缸体（12）。该内燃发动机（10）还包括安装在发动机气缸体（12）的第一端（20）上的前壳（24）。中间齿轮组件（50）包括可旋转地装设在短轴（52）上的中间齿轮（34）并具有安装至发动机气缸体（12）的第一安装件（60）和安装至前壳（24）的第二安装件（62）。推力板（54）定位在前壳（24）和中间齿轮组件（50）之间且包括环形推力表面（92）、一对密封的紧固装置开口（72，74）、和未密封的润滑开口（82）。
【专利说明】用于内燃发动机的推力板和使内燃发动机运转的方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及用于内燃发动机的推力板，更特别地涉及一种位于前壳和中间齿轮(空转齿轮，惰轮)组件之间的推力板。
【背景技术】
[0002]用于制造发动机如内燃发动机的材料通常被选择成满足特定需求，例如满足技术要求和客户期望。然而，近来，包括环境相容性、减重和降低成本在内的别的需求变得日益重要。如果对材料的需求改变且发现了更适于改变后的需求的新材料，则将用该新材料替换旧材料。如应当理解的，不同材料在复杂的发动机环境内的替换可能带来以前未想到的新问题。例如，如果用较软的材料替换较硬的材料，则较软的材料可能无法提供由较硬的材料提供的耐磨性。在必要的情况下解决这些新问题在空间已经很有限的发动机环境内可证实是有挑战性的。
[0003]本发明针对于上述一个或多个问题。
【发明内容】
[0004]在一个方面,一种内燃发动机包括发动机气缸体，该发动机气缸体限定有从第一端朝第二端延伸的至少一排气缸。该内燃发动机还包括安装在发动机气缸体的第一端上的前壳。中间齿轮组件包括可旋转地装设在短轴(法兰轴，轴头，stub shaft)上的中间齿轮且具有安装至发动机气缸体的第一安装件和安装至前壳的第二安装件。推力板定位在前壳和中间齿轮组件之间且包括环形推力表面、一对密封的紧固装置开口、和未密封的润滑开口。
[0005]在另一个方面，一种使内燃发动机运转的方法包括用内燃发动机驱动齿轮系，该齿轮系包括中间齿轮组件的中间齿轮。推力板的环形推力表面与中间齿轮接触。润滑油沿短轴润滑通路并经由推力板的未密封的润滑开口循环。一对密封的紧固装置开口中的各者的第一面密封部由短轴压缩，而密封的紧固装置开口中的各者的第二面密封部由前壳压缩。
[0006]在又一个方面，一种推力板包括限定有对向面且具有均匀厚度的板。所述对向面中的第一面包括环形推力表面。该板包括未密封的润滑开口和至少一个未密封的定位结构开口。该板还包括一对密封的紧固装置开口，每个密封的紧固装置开口都包括密封部件，该密封部件安装在板开口内且具有以比板的均匀厚度大的距离分开的一对面密封部。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是根据本发明的内燃发动机的透视图；
[0008]图2是根据本发明的一个方面的移除了部件以露出齿轮系的图1的内燃发动机的一端的透视图；
[0009]图3是根据本发明的另一个方面的沿图1的线3-3截取的剖视图；
[0010]图4是根据本发明的另一个方面的图3的推力板的第一侧的侧视图；[0011]图5是根据本发明的另一个方面的图3的推力板的端视图；
[0012]图6是根据本发明的另一个方面的沿图4的线6-6截取的剖视图；
[0013]图7是根据本发明的另一个方面的图3的推力板的第二侧的透视图；以及
[0014]图8是根据本发明的一个方面的图3的短轴的透视图。
【具体实施方式】
[0015]参照图1，示出了根据本发明的内燃发动机10的一示例性实施例。内燃发动机10大体包括限定了第一排14和第二排16的气缸18的发动机气缸体12。各排14和16的气缸18从发动机气缸体12的第一端20朝第二端22延伸。尽管特定数量的气缸18被示出为以V型取向布置，但应当理解的是，任意数量的气缸可成一排或两排设置且可具有各种取向角度。这样的设计规格可根据具体应用而异。应当了解的是，此类发动机可用于公路或野外机器应用、船舶应用或发电应用。
[0016]前壳24利用已知的安装装置安装在发动机气缸体12的第一端20上。前壳24可以是由比较软的材料、例如包括铝等的软金属或合金制成的铸件。前壳24可至少部分地收纳或支承图2所示的齿轮系30 (前壳24和别的部件被移除)。齿轮系30可包括被啮合成驱动一对中间齿轮34和36旋转的曲柄齿轮32，该曲柄齿轮可由曲轴(未示出)驱动。从曲柄齿轮32传递的动力可经中间齿轮34和36传递以驱动辅助泵驱动装置38和40旋转。如应当理解的，齿轮系30可包括驱动各种发动机部件和附件(如液压、水和润滑油泵)旋转的任意数量的齿轮。
[0017]现在来看图3，示出了沿图1的线3-3截取的剖视图。具体而言，包括中间齿轮34的中间齿轮组件50连同辅助泵驱动装置38 —起被示出。中间齿轮组件50大体包括可旋转地装设在短轴52上的中间齿轮34。根据一个特定实施例，轴承套筒53可压配合在中间齿轮34的孔口内且可构造成在固定的短轴52上转动。在前壳24和中间齿轮组件50之间安置有推力板54。后文将更详细说明的推力板54包括下文说明的环形推力表面92，并且定位成在第一侧56与中间齿轮34和短轴52接触以及在第二侧58与前壳24接触。因而，根据该示例性实施例，推力板54不与发动机气缸体12接触。短轴52的凸缘59还包括推力表面61，该推力表面可接收来自中间齿轮34的推力接触。
[0018]如图所示，中间齿轮组件50可定位在发动机气缸12的一侧63。根据该示例性实施例，中间齿轮组件50可包括对于发动机气缸体12的第一安装件60和对于前壳24的第二安装件62。例如，第一螺纹紧固装置64可旋拧到发动机气缸体12中，而第二螺纹紧固装置66可旋拧到短轴52中。具体地，第一螺纹紧固装置64和第二螺纹紧固装置66的外螺纹可分别接合发动机气缸体12和短轴52内的紧固件孔的内螺纹。如图所示，该对螺纹紧固装置64和66可分别经推力板54的对向面68和70进入且安置成分别穿过推力板54的密封的紧固装置开口 72和74。紧固装置64和66可包括任意已知的紧固装置，包括螺栓、螺钉等。此外，如文中所用的“安装件”一般用于描述将两个或更多个部件固连、接合、连接或保持接触的装置。
[0019]沿短轴润滑通路76向中间齿轮组件50提供润滑。具体地，从油供给源接收润滑油的短轴润滑通路76的上游部段78经推力板54的未密封的润滑开口 82与位于短轴52内的短轴润滑通路76的下游部段80流体连接。润滑油还从短轴润滑通路76的上游部段78沿短轴52的在图8中示出的径向润滑通路84供给到中间齿轮34。尽管未示出，但润滑系统可包括用于使润滑油循环通过由发动机气缸体12限定出的多个润滑油道的油泵。包括短轴润滑通路76在内的一定数量的其它通路与润滑系统流体连接且可将润滑油引导到发动机的需要润滑的不同部件。
[0020]现在来看图4，示出了推力板54的侧视图。特别地，示出了包括对向面68的推力板54的第一侧56。推力板54大体包括具有用于接收来自中间齿轮34的推力接触的环形推力表面92的板90。板90可如图5所示具有均匀厚度，例如在约2.75毫米(mm)和约
3.25mm之间的轴向厚度tx,且可具有在约105mm和约IlOmm之间的直径屯。根据一个具体实施例，推力板54可厚约3mm且可具有约107mm的直径屯。尽管示出的是圆形的板90,但应当了解的是，板90可根据可用空间和其它制造约束条件具有各种形状。尽管板90可由具有不同化学组成或性质的各种材料制成，但应当理解的是，可优选比较硬的材料，例如金属或合金，包括铁或钢。例如，所选择的材料应当能够充分地耐受中间齿轮34的推力接触。
[0021]根据一个具体实施例，推力板54可以进行碳氮共渗处理，以增大板90的表面硬度并尽量减小可由来自中间齿轮34的推力接触导致的变形。如应当理解的，可使用替换的或附加的热处理过程来增大表面硬度。此外，根据一个具体实施例，环形推力表面92可具有第一表面光洁度，且可包围具有第二表面光洁度的短轴接合表面93。例如，根据第一侧56的一种具体的双重表面光洁度，短轴接合表面93可具有约6-10微米的表面粗糙度以尽量增大螺栓连接的接头处的摩擦，而环形推力表面92可具有约0.8微米的表面粗糙度以尽量减小沿推力表面的磨损可能性。根据该示例性实施例，短轴接合表面93可具有约84_的直径d7，其中环形推力表面92代表面68的剩余表面积。如应当理解的，根据一个具体实施例，这些值仅作为示例提供，且可根据另选应用而异。此外，由于成本和制造约束条件，可不提供这样的处理和/或表面光洁度。
[0022]上面介绍的未密封的润滑开口 82可定位在板90的中心C1处或附近且可具有在约7mm和约IImm之间的直径d2，或者根据该示例性实施例可优选为约9mm。未密封的润滑开口 82将油供给源与中间齿轮组件50流体连接。更具体地，未密封的润滑开口 82可将短轴润滑通路76的上游部段78与短轴润滑通路76的下游部段80流体连接，如图3所示。如应当理解的，如文中所用的“未密封的”开口是指不包括定位或安装在其中的密封部件的开□。
[0023]推力板54或板90还包括尺寸设定成且构造成贯穿其接纳相应紧固装置64和66的所述一对密封的紧固装置开口 72和74。密封的紧固装置开口 72和74包括安装在板开口 98和100内的密封部件94和96，密封部件94和96可由弹性体如橡胶或其它合适的材料制成。例如，密封部件94和96可化学地或机械地结合在或者以其它方式安装在板开口98和100内。所述一对密封的紧固装置开口 72和74可具有在约19mm和约23mm之间的未密封直径d3 (该未密封直径可代表不带密封部件94和96的板开口 98和100的直径)，以及在约15mm和约20mm之间的包括了密封部件94和96的密封直径d4。根据一个具体实施例，密封的紧固装置开口 72和74可具有约20.9mm的未密封直径d3和约17.4mm的密封直径d4o
[0024]还来看如图7所示的推力板54的第二侧58，密封部件94包括一对面密封部101和103，而密封部件96包括一对面密封部105和107。各对101、103和105、107中的面密封部能以比板90的厚度tx大的距离分开且可从板90的对向面68和70向外延伸，如图5所示。更具体地，面密封部101和105可从对向面68向外延伸，而面密封部103和107可从对向面70向外延伸。当内燃发动机10的相关部分被组装好时，从面68延伸的面密封部101和105因短轴52朝板90向内变形，而从面70延伸的面密封部103和107因前壳24朝板90向内变形。密封部件94和96可具有如图6所示的密封部件94的剖视图中所示的截面。具体地，可选择大致圆形以尽量减小与面密封部101、103和105、107形成密封所需的台肩(land)。
[0025]当相应的面密封部101和105被短轴52的密封面97压缩时，在推力板54的第一侧56上绕密封的紧固装置开口 72和74形成密封。类似地，当面密封部103和107被前壳24的密封面99压缩时，在推力板54的第二侧58上绕密封的紧固装置开口 72和74形成密封。如应当理解的，密封部件94和96分别包括与径向密封不同的各对面密封部101、103和105、107。这样，即使在面密封部101、103和105、107的压缩状态下，在紧固装置64和66与密封部件94和96之间也可留有一定间隙。
[0026]根据该示例性实施例，密封的紧固装置开口 72和74位于未密封的润滑开口 82的相对两侧。此外，密封的紧固装置开口 72和74以及未密封的润滑开口 82可全都贯穿短轴接合表面93定位，并且各密封的紧固装置开口 72和74与未密封的润滑开口 82之间的距离可小于约20_。密封的紧固装置开口 72和74的如由特定的发动机应用所规定的这样紧邻未密封的润滑开口 82可能导致无法使用用于相对于板开口 98和100固定密封部件94和96的埋头孔。这样，根据本发明，推力板54的对向面68和70、短轴52的密封面97和前壳24的密封面99都不需要埋头孔。
[0027]推力板54还包括至少一个未密封的定位结构开口。根据该示例性实施例，推力板54可包括贯穿板90的三个未密封的定位结构开口 102、104、106。未密封的定位结构开口102和104中的两个可具有在约4mm和约8mm之间或更优选地约6mm的直径d5,而第三个未密封的定位结构开口 106可具有在约12mm和约16mm之间或更优选地约14mm的直径d6。下文更详细地说明可在组装期间使用的未密封的定位结构开口 102、104和106。
[0028]如图所示，密封的紧固装置开口 72和74、未密封的润滑开口 82以及未密封的定位结构开口 102、104和106在推力板54的对向面68和70上的分布是不对称的。因此，不预想各开口的分布是对称的，且这样在组装期间必须注意确保推力板54正确地定位。此外，由于第一侧56或面68可如上所述设置有双重表面光洁度，因而必须注意确保推力板54定位成使得包括双重表面光洁度的第一侧56与短轴52接触。
[0029]现在来看图8，短轴52可包括限定了短轴润滑通路76或更具体地短轴润滑通路76的下游部段80的中央孔110。当组装好时，中央孔110与推力板54的未密封的润滑开口 82基本对准，而推力板54的第一侧56面向短轴52，使得短轴润滑通路76的下游部段80与短轴润滑通路76的上游部段78流体连接。径向润滑通路84用于将润滑油从短轴润滑通路76的上游部段78供给到中间齿轮34。短轴52还可包括用于分别接纳螺纹紧固装置64和66的孔112和114。如应当理解的，孔112可完全贯穿短轴52延伸，而孔114可仅部分地贯穿短轴52延伸且可包括用于与螺纹紧固装置66的外螺纹接合的内螺纹。当组装好时，孔112与密封的紧固装置开口 72基本对准，而孔114与密封的紧固装置开口 74基本对准。[0030]短轴52也可包括多个定位结构开口。根据该示例性实施例，短轴52可包括定位成与推力板54的未密封的定位结构开口 102和104对准的第一定位结构开口 116和第二定位结构开口 118。例如，弹簧销或其它定位部件可具有固定在前壳24的开口内的第一端和从前壳的表面伸出的第二端。推力板54于是可定位成在其适当位置与前壳24接触，使得所设置的弹簧销定位成穿过定位结构开口 102和104并向外延伸超出推力板54的面68。短轴52、包括中间齿轮组件50于是可通过使弹簧销定位在定位结构开口 116和118内而定位成在其适当位置与推力板54接触。
[0031]另一个定位结构——榫销120——可定位在短轴52的附加定位结构开口 122内以辅助螺纹紧固装置64和66的对准。例如，在组装期间，短轴52可定位成使得定位结构开口 122与推力板54的未密封的定位结构开口 106基本对准且榫销120至少部分地定位在未密封的定位结构开口 106内。这可辅助维持紧固装置开口的对准，包括孔112与开口 72的对准和孔114与开口 74的对准，同时辅助将紧固装置64和66紧固。如应当理解的，可使用可包括榫销、弹簧销或其它类似装置的另选定位结构确保推力板54和短轴52适当对准并保持就位以便在组装期间可无需目视地(blindly)接纳螺纹紧固装置64和66。
[0032]如应当理解的，密封的紧固装置开口 72和74的密封部件94和96用于减少在密封的紧固装置开口 72和74的来自短轴润滑通路76的泄漏。具体地，接纳第一螺纹紧固装置64的密封部件94减少从短轴润滑通路76沿推力板54并经短轴52的孔112向发动机10外部的泄漏。接纳第二螺纹紧固装置66的密封部件96减少从短轴润滑通路76沿推力板54并经前壳24的孔130 (在图3中示出)向发动机10外部的泄漏。
[0033]工业话用件
[0034]本发明可适用于具有由较软的材料制成的发动机部件的内燃发动机，该发动机部件可安置成接收来自其它发动机部件的推力接触。此外，本发明可适用于也可能发生润滑油泄漏的界面。再者，本发明可特别适用于具有润滑油泄漏并具有显著空间限制的推力接触界面。
[0035]总地参照图1-8，内燃发动机10可包括限定了从第一端20朝第二端22延伸的至少一排14、16的气缸18的发动机气缸体12。内燃发动机10还可包括安装在发动机气缸体12的第一端20上的前壳24。中间齿轮组件50包括可旋转地装设在短轴52上的中间齿轮34并具有安装于发动机气缸体12的第一安装件60和安装于前壳24的第二安装件62。推力板54定位在前壳24和中间齿轮组件50之间并具有包括环形推力表面92的第一侧56。
[0036]根据一种具体的安装布置，第一螺纹紧固装置64可旋拧到发动机气缸体12中，而第二螺纹紧固装置66可旋拧到短轴52中。该对螺纹紧固装置64和66可分别穿过推力板54的对向面68和70进入且可定位成分别穿过推力板54的密封的紧固装置开口 72和74。密封的紧固装置开口 72和74包括安装在板90的板开口 98和100内的密封部件94和96。密封部件94的面密封部101和103以及密封部件96的面密封部105和107在前壳24和短轴52的作用下朝推力板54向内变形，使得前壳24与推力板54及密封部件94和96两者都接触，且短轴52与推力板54及密封部件94和96两者都接触。更具体地，推力板54的第一侧56及面密封部101和105与短轴52接触，而推力板54的第二侧58及面密封部103和107与前壳24接触。
[0037]在内燃发动机10的运转期间，至少部分地收纳在前壳24内的齿轮系30可由内燃发动机10驱动。齿轮系30可包括与中间齿轮34啮合以可旋转地驱动中间齿轮34的曲柄齿轮32。由于正常操作和动力的传递，作用在中间齿轮34上的力可使其移出由齿轮34限定的平面并与推力板54的环形推力表面92接触。推力板54可由比较硬的金属或合金制成且可减小可由较软的金属或合金制成的前壳24的磨损。具体地，推力板54可保护前壳24免于与中间齿轮34接触。如果有必要，由于极度磨损，可更换推力板54，从而不必更换前壳24。
[0038]另外，在内燃发动机10运转期间，润滑油可遍及发动机10循环，包括沿短轴润滑通路76循环。这可包括使润滑油循环通过推力板54的未密封的润滑开口 82。如图所示，未密封的润滑开口 82将短轴润滑通路76的上游部段78与短轴润滑通路76的下游部段80流体连接。为了减少可能由于润滑油沿紧固装置64和66渗出而发生的泄漏，当相应的面密封部101和105被短轴52的密封面97压缩时，在推力板54的第一侧56上绕密封的紧固装置开口 72和74形成密封。类似地，当面密封部103和107被前壳24的密封面99压缩时，在推力板54的第二侧58上绕密封的紧固装置开口 72和74形成密封。
[0039]由比较硬的材料制成的推力板54保护可由铝制成的软壳体24免于因中间齿轮34的推力接触而增加磨损。此外，推力板54的一体密封件94和96减少了供给到中间齿轮组件50的润滑油在中间齿轮组件50与发动机气缸体12和前壳24的两个安装位置60和62的泄漏。通过将密封部件94和96与推力板54结合在一起，避免了在空间有限且需要无目视组装的区域对埋头孔和O形圈或密封垫片的需求。此外，通过将密封部件94和96与推力板54结合在一起，当推力板54被正确安装时，能以高度的确定性认为密封部件94和96被正确地定位。
[0040]应当理解，以上说明仅出于例述的目的，且并非意在以任何方式限制本发明的范围。因而，本领域技术人员将认识到，通过研究附图、所公开的内容及所附的权利要求书能得到本发明的其它方面。
【权利要求】
1.一种内燃发动机(10),包括: 限定有至少一排(14，16)气缸(18)的发动机气缸体(12)，所述至少一排(14，16)从第一端(20)朝第二端(22)延伸； 安装在所述第一端(20)上的前壳(24)； 具有可旋转地装设在短轴(52)上的中间齿轮(34)的中间齿轮组件(50)，所述中间齿轮组件(50 )具有安装至所述发动机气缸体(12 )的第一安装件(60 )和安装至所述前壳(24 )的第二安装件(62);和 推力板(54)，所述推力板定位在所述前壳(24)和所述中间齿轮组件(50)之间且包括环形推力表面(92)、一对密封的紧固装置开口(72，74)、和未密封的润滑开口(82)。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机(10)，还包括穿过所述推力板(54)的对向面(68，70)进入且安置成穿过所述密封的紧固装置开口(72，74)的一对螺纹紧固装置(64，66)，其中第一螺纹紧固装置(64)旋拧在所述发动机气缸体(12)中并且第二螺纹紧固装置(66)旋抒在所述短轴(52 )中。
3.根据权利要求2所述的内燃发动机(10)，其中，每个所述密封的紧固装置开口(72，74)都包括密封部件(94，96)，所述密封部件安装在板开口(98，100)内且包括以比所述推力板(54)的均匀厚度大的距离分开的一对面密封部(101，103)和(105，107)。
4.根据权利要求3所述的内燃发动机(10)，其中，每个密封部件(94，96)的所述一对面密封部(101，103 )包括由所述短轴(52 )朝所述推力板(54 )向内变形的第一面密封部(101，105)和由所述前壳(24)朝所述推力板(54)向内变形的第二面密封部(103，107)。
5.根据权利要求3所述的内燃发动机(10)，其中，所述未密封的润滑开口(82)将短轴润滑通路(76)的上游部段(78)与所述短轴润滑通路(76)的下游部段(80)流体连接。
6.根据权利要求3所述的内燃发动机(10)，其中，所述推力板(54)还包括至少一个未密封的定位结构开口( 102，104，106)。
7.—种使内燃发动机(10)运转的方法，所述内燃发动机包括:限定有至少一排(14，16)气缸(18)的发动机气缸体(12),所述至少一排(14,16)从第一端(20)朝第二端(22)延伸；安装在所述第一端(20)上的前壳(24);具有可旋转地装设在短轴(52)上的中间齿轮(34)的中间齿轮组件(50)，所述中间齿轮组件(50)具有安装至所述发动机气缸体(12)的第一安装件(60)和安装至所述前壳(24)的第二安装件(62);和推力板(54)，所述推力板定位在所述前壳(24)和所述中间齿轮组件(50)之间且包括环形推力表面(92)、一对密封的紧固装置开口(72，74)、和未密封的润滑开口(82)，所述方法包括以下步骤: 由所述内燃发动机(10)驱动包括所述中间齿轮(34)的齿轮系(30)； 使所述推力板(54)的所述环形推力表面(92)与所述中间齿轮(34)接触； 使润滑油沿短轴润滑通路(76)循环， 包括使润滑油循环通过所述推力板(54)的所述未密封的润滑开口(82)； 以所述短轴(52)压缩所述一对密封的紧固装置开口(72，74)中的各者的第一面密封部(101,105);以及 以所述前壳(24)压缩所述一对密封的紧固装置开口(72，74)中的各者的第二面密封部(103)、(107)。
8.一种推力板(54),包括:限定有对向面(68，70)并具有均匀厚度的板(90)，其中所述对向面(68，70)中的第一面(68)包括环形推力表面(92); 穿过所述板(90)的未密封的润滑开口(82)； 穿过所述板(90)的一对密封的紧固装置开口(72，74)，其中每个所述密封的紧固装置开口(72，74)都包括密封部件(94，96)，所述密封部件安装在板开口(98，100)内并具有以比所述板(90)的均匀厚度大的距离分开的一对面密封部(101，103)和(105，107);和 穿过所述板(90)的至少一个未密封的定位结构开口(102，104，106)。
9.根据权利要求8所述的推力板(54)，其中，所述板(90)呈圆形并且所述环形推力表面(92)包围有短轴接合表面(93)，其中所述未密封的润滑开口(82)和所述密封的紧固装置开口(72，74)安置成穿过所述短轴接合表面(93)，其中每个所述密封的紧固装置开口(72，74)和所述未密封的润滑开口(82)之间的距离小于约20mm。
10.根据权利要求8所述的推力板(54)，其中，所述密封的紧固装置开口(72，74)、所述未密封的润滑开口(82)和所述未密封的定位结构开口(102，104，106)关于所述推力板(54)的对向面(68，70)的 分布是不对称的。
【文档编号】F16C17/04GK103620186SQ201280028849
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年5月11日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】T·T·佩特里-约翰逊, C·E·萨博塔, M·P·哈门 申请人:卡特彼勒公司