内燃机的轴承盖的制作方法

本发明涉及内燃机的轴承盖，特别是涉及局部地采用轻合金材料的轴承盖的改良。

背景技术：

近年来，内燃机的气缸体大多由铝合金等轻合金形成。与此相对，曲轴由热膨胀率相对较低的钢形成，因此如果由铝合金等轻合金形成轴承盖，则存在如下问题，即，在加热时因二者的热膨胀差而使得轴承间隙扩大，因燃烧力而产生敲击音。

专利文献1、2中公开了如下结构，即，为了抑制这种轴承间隙的扩大，将铁系部件插入于由轻合金构成的气缸体的半圆形凹部和同样由轻合金构成的轴承盖这两者。在这些部件中，铁系部件将主轴承部的整周包围而抑制主轴承部的热膨胀。

然而，对于这样将铁系部件还插入于气缸体侧的结构而言，存在如下问题，即，导致气缸体的重量增加，并且气缸体的制造工序变得复杂。

本发明的目的在于提供一种以轻合金为主体的轴承盖，其能够抑制加热时的轴承间隙的扩大而无需特别对轻合金制的气缸体侧的结构进行变更。

专利文献1：日本特开平9-126223号公报

专利文献2：日本特开2002-349342号公报

技术实现要素：

本发明的内燃机的轴承盖经由螺栓而安装于由轻金属构成的气缸体的隔板，在与气缸体侧的半圆形凹部之间形成主轴承部，其中，

该轴承盖具有：框架，其由铁系金属构成；以及轻合金部，其是以将该框架铸入内部的方式铸造而得到的，

上述框架具有：一对直线状的柱部，它们具有使上述螺栓插入的螺栓贯通孔；以及圆弧形的曲拱部，其将该一对柱部的前端部相互连结。

与由铁系金属构成的框架相比，轻合金制的气缸体以及轻合金部的热膨胀率相对较高。因此，如果温度升高，则对轴承盖进行固定的隔板的螺栓间的跨距扩大、且轻合金部也进行热膨胀，因此框架的一对柱部以相互分离的方式扩张。其结果，曲拱部的中央部向半径方向内侧移位。由此，沿着上下方向的轴承间隙的扩大得到抑制。

附图说明

图1是本发明所涉及的轴承盖的半剖面图。

图2是该轴承盖的俯视图。

图3是沿着图1中的A-A线的剖面图。

图4是框架的斜视图。

图5是表示安装于缸体的状态的剖面图。

图6是夸张地表示由热膨胀引起的变形状态的剖面图。

图7是对框架从(A)常温时向(B)高温时的形状变化进行说明的说明图。

图8是对比表示本实施例与对比例中因温度变化而产生的直径扩大量的曲线图。

图9是表示伴随着框架的变形的轴承面的变化的剖面图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的一个实施例进行详细说明。图1～图3表示本发明所涉及的轴承盖1的一个实施例。该轴承盖1是将由铁系金属构成的框架2铸入由铝合金等轻合金材料构成的轻合金部3的内部得到的结构，将预先形成的框架2配置于模具内而进行基于轻合金材料的轻合金部3的铸造，由此使得二者实现一体化。

轴承盖1具有构成主轴承部的下半部的由半圆筒面构成的轴承面4，并且在该轴承面4的两侧具有实施了机械加工的一对接合面5。而且，以将各接合面5分别贯通的方式设置有一对螺栓贯通孔6。一对螺栓贯通孔6相互平行地延伸、且位于轴承面4的两侧。另外，前后各端面7基本上形成为沿着与曲轴轴向相正交的平面的平坦面。

框架2通过以铸铁、钢等铁系金属为材料的铸造、锻造等而形成为规定形状的一个部件，还如图4所示，该框架2具有：一对柱部9，它们具有螺栓贯通孔6a；以及圆弧形的曲拱(arch)部10，其将上述一对柱部9相互连结。

上述柱部9形成为与螺栓贯通孔6a平行(即，在与接合面5相正交的方向上)地以直线状延伸的长方体形状，在其前端部9a的侧面连接有上述曲拱部10。在该柱部9的与曲轴轴向面对的各端面9b，为了实现与轻合金部3的物理性的卡合而分别形成有凹部11。

如图1所示，上述曲拱部10以与轴承面4的同心状而延伸。更详细而言，还如图3所示，曲拱部10具有由内周面10a以及外周面10b和一对端面10c包围的矩形的剖面形状，并且内周面10a与外周面10b之间的半径方向上的壁厚设定为比两端面10c、10c之间的轴向长度小，其中，所述内周面10a以及外周面10b相对于轴承面4分别形成为同心的圆筒面，所述一对端面10c沿着与曲轴轴向相正交的平面。即，除了与柱部9的连接部分以外，沿着半径线的各部分的剖面形状恒定，构成为在曲轴轴向上较长的矩形形状。

这里，如果将曲拱部10的内周面10a假设为以180°延长的半圆，则一对柱部9的彼此相对的内侧面9c比该虚拟的半圆向内周侧伸出。即，圆弧形的曲拱部10处于比180°小的角度范围，内周面10a的两端部与向内周侧伸出的柱部9的内侧面9c相连续。此外，一对内侧面9c在与曲拱部10的接合部处相互平行地延伸。

轻合金部3将上述框架2的整体覆盖，作为轴承盖1的轴承面4、接合面5、端面7均由轻合金部3形成。即，根据图1及图3明确可知，框架2埋设于轻合金部3的内部而未在轴承盖1的外部露出。但是，在螺栓贯通孔6中，框架2的螺栓贯通孔6a作为轴承盖1的螺栓贯通孔6的一部分而与轻合金部3的局部的螺栓贯通孔6b相连续。换言之，框架2的螺栓贯通孔6a的内周面未由轻合金部3覆盖。此外，在螺栓贯通孔6的接合面5侧的开口端部设置有直径扩大的大径部6c，该大径部6c形成为跨越框架2的柱部9和将接合面5覆盖的轻合金部3这二者。

上述轻合金部3是以将框架2铸入内部的方式进行铸造而得到的，因此在框架2的柱部9的凹部11中轻合金部3以进入凹部11内的方式而固化。因此，轻合金部3和框架2在该凹部11处物理性且牢固地卡合，特别是对沿着框架2的柱部9的端面9b的方向上的力进行传递。

如图1所示，在沿着与曲轴轴向相正交的平面的剖面中观察轴承盖1时，轻合金部3和框架2的内周侧的边界13由上述的框架2的曲拱部10的内周面10a和柱部9的内侧面9c划定。因此，作为从轴承面4至上述边界13的距离(换言之，为存在于框架2的内周侧的轻合金部3的半径方向的厚度)，在曲拱部10中在各部分处均恒定，在柱部9中比该曲拱部10的距离短。

另外，如图3所示，在沿着曲轴轴向的半径方向的剖面中，以遍及整周地将呈矩形剖面的曲拱部10的周围包围的方式将轻合金部3铸造为矩形剖面形状。轴承面4形成于轻合金部3的内周面，在该轴承面4的曲轴轴向的中间部埋设有曲拱部10。即，大致遍及轴承盖1的曲轴轴向尺寸全长地形成的轴承面4与曲拱部10的两端面10c相比在曲轴轴向(图3中的左右方向)上分别更凸出。

然后，图5表示将以上述方式构成的轴承盖1安装于气缸体21的隔板22下缘的状态。利用铝合金等轻合金材料并通过压铸制造法等对气缸体21进行铸造，在隔板22下缘形成有构成主轴承部的上半部的半圆形凹部23。轴承盖1经由一对螺栓24而固定于该隔板22下缘，与隔板22侧的半圆形凹部23一起构成主轴承部。螺栓24将轴承盖1的螺栓贯通孔6贯通、且与隔板22的螺孔25螺合。此外，作为螺栓24而使用双头螺栓，还能够将其与在轴承盖1的外侧配置的螺母组合。另外，在图示的例子中，在曲轴轴向上将多个主轴承部连结的梁部件26与轴承盖1的下表面重叠地配置，利用一对螺栓24对该梁部件26和轴承盖1一起进行所谓的共同紧固，但该梁部件26在本发明中并非必不可少。

这里，螺栓贯通孔6(6a、6b)的口径设定为使得与螺栓24的轴部外周面之间的间隙最小。即，在将螺栓24插入于螺栓贯通孔6(6a、6b)内的状态下，其内周面实质上与螺栓24的轴部外周面接触。此外，与螺栓贯通孔6上端的大径部6c相对应地在气缸体21侧的螺孔25的开口端也形成有大径部25a，配置有跨越二者的较短的金属管27。

在如上所述的结构中，与由铁系金属构成的框架2相比，由铝合金等轻合金构成的气缸体21以及轻合金部3的热膨胀率相对较高。因此，如果温度随着内燃机的运转而升高，则将轴承盖1固定的隔板22的一对螺栓24之间的跨距(图5中的左右方向上的间隔)扩大。同时，占据轴承盖1的大多部分的轻合金部3也进行热膨胀，因此热膨胀幅度相对较小的框架2的一对柱部9以相互分离的方式扩张。其结果，将一对柱部9连结的曲拱部10的中央部向上方即半径方向内侧移位。由此，沿着上下方向的轴承间隙的扩大得到抑制。

图6是通过模拟而将由热膨胀引起的各部分的变形放大描述的说明图，如图所示，一对柱部9以相互分离的方式扩张的结果，曲拱部10的中央部向上方移位，将曲拱部10包围的轻合金部3向上方升起。因此，构成主轴承部的下半部的轴承盖1的轴承面4变形为椭圆形。由此，与图6中的左右方向上的直径的扩大(热膨胀)相比，主轴承部在图中上下方向上的直径的扩大程度小，例如抑制了因过度的轴承间隙引起的敲击音的恶化。

图7是示意地表示框架2的变形的说明图，在图(A)的常温时(例如20℃)，保持图4等所示的初始状态。随着温度的升高，伴随着气缸体21的热膨胀的箭头A1所示的力、和伴随着轻合金部3的热膨胀的箭头A2所示的力在张开方向上作用于一对柱部9。随着该柱部9的张开，在图(B)所示的高温时(例如80℃)，在曲拱部10的中央部产生箭头B所示的朝向上方的力。

图8表示利用了上述结构的轴承盖1的、伴随着主轴承部的热膨胀的直径的扩大的实验结果。这里，作为对比例，一并示出了使用整体由与轻合金部3相同的铝合金构成的轴承盖的情况下的直径扩大量。另外，示出了在图(C)所示的D1、D2、D3这3个方向上温度从20℃向80℃升高了60℃时的直径扩大量(图(A))、以及温度从20℃向100℃升高了80℃时的直径扩大量(图(B))。如这些图所示，与使用整体由铝合金构成的轴承盖的情况相比，在使用实施例的轴承盖1的情况下，上下方向(D1)上的直径的扩大幅度显著变小。另外，在D2、D3的倾斜方向上，也获得了直径的幅度扩大减半的结果。

因此，根据上述实施例的轴承盖1，通过由轻合金材料形成轴承盖1的相当大的部分而能够实现轴承盖的轻量化，并且能够抑制加热时的轴承间隙的增加。

此外，构成轴承盖1的轻合金部3的轻合金材料无需与构成气缸体21的轻合金材料相同，能够分别使用适当的轻合金材料。

另外，图9表示如上所述在曲拱部10在加热时向上方移位时的沿着曲轴轴向的剖面。如上所述，曲拱部10位于轴承面4的轴向的中间部，因此在曲拱部10向上方移位时，轴承面4的轴向的中央部主要被向上方按压。因此，如图9中作为虚拟线4A夸张所示，由轻合金部3构成的轴承面4的轴向的中央部成为向内周侧鼓出的凸面。因此，即使曲轴的轴颈部31因各气缸的交替的燃烧载荷或者惯性力而倾斜，轴承面4的轴向两端的端缘4a即两端的边缘也不会与轴颈部31外周面局部地接触。

这样，在上述实施例中，只要在常温下将轴承面4本身加工成单纯的圆筒面即可，因此无需轴承面4的繁琐的凸面加工，在实际的内燃机运转时，作为轴承面4而能够获得理想的凸面形状。