用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的隔板插件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的隔板插件。發(fā)動(dòng)機(jī)包括限定與汽缸相鄰的至少一個(gè)主軸承隔板的汽缸體以及通過(guò)主軸承可旋轉(zhuǎn)地容納在缸體內(nèi)的曲軸。隔板插件具有蓋部分以及設(shè)置在隔板內(nèi)的插件部分。插件部分具有通過(guò)第一帶和第二帶連接的第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域。每個(gè)帶具有凸緣梁的橫截面。插件部分的第一端部和第二端部構(gòu)造為將主軸承蓋柱孔連接至汽缸蓋柱孔。第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域中的每者限定具有相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷傾斜或基本上與其正交的表面的至少一個(gè)突起。蓋部分構(gòu)造為在主軸承蓋柱孔處與第一端部區(qū)域匹配并且支撐主軸承。
【專利說(shuō)明】
用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的隔板插件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]多個(gè)實(shí)施例涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的隔板插件(bulkhead insert)。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有形成一個(gè)或更多個(gè)汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。汽缸蓋附接至缸體以與缸體的汽缸形成燃燒室。缸體可以在相鄰汽缸之間形成提供用于發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)支撐和汽缸之間的分隔的隔板。通常，例如使用沿且通過(guò)缸蓋螺栓柱孔(bolt column)延伸的缸蓋螺栓將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋緊固或螺栓連接在一起。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，汽缸內(nèi)活塞的平移運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸可以連接至發(fā)動(dòng)機(jī)缸體并且被主曲軸軸承支持以旋轉(zhuǎn)。曲軸可以大體上與發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋相對(duì)并且可以具有將曲軸保持在主軸承中并且與缸體相鄰的一系列緊固件(比如主軸承螺栓)O隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，由于汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)上的力以及它們對(duì)應(yīng)的反作用負(fù)荷或力，缸蓋螺栓和主軸承螺栓被施加負(fù)荷。這些力可能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)缸體產(chǎn)生顯著的應(yīng)力和疲勞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在實(shí)施例中，提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有限定與汽缸相鄰的至少一個(gè)主軸承隔板的汽缸體以及通過(guò)主軸承可旋轉(zhuǎn)地容納在缸體內(nèi)的曲軸。發(fā)動(dòng)機(jī)具有帶有插件部分和蓋部分的隔板插件。插件部分設(shè)置在隔板內(nèi)并且具有通過(guò)第一帶(strap)和第二帶連接的第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域。每個(gè)帶具有凸緣梁的橫截面。插件部分的第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域配置用于將主軸承蓋柱孔(main bearing cap column)連接至汽缸蓋柱孔(cylinder head column)。第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域中的每者限定具有相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷傾斜或基本上與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷正交的表面的至少一個(gè)突起。蓋部分構(gòu)造為在主軸承蓋柱孔處與第一端部區(qū)域匹配并且支撐主軸承。
[0004]在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承結(jié)構(gòu)設(shè)置有用于將主軸承蓋柱孔連接至缸蓋柱孔的隔板插件。插件具有通過(guò)一對(duì)帶連接的第一端部和第二端部。每個(gè)帶具有工字梁(1-beam)橫截面。每個(gè)端部限定具有相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷傾斜或與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷正交的表面的至少一個(gè)突起。第一端部成形用于支撐曲軸主軸承，并且第二端部構(gòu)造為容納缸蓋螺栓。
[0005]在又一個(gè)實(shí)施例中，一種形成發(fā)動(dòng)機(jī)的方法包括在工具中提供隔板插件。隔板插件構(gòu)造為將主軸承蓋柱孔連接至汽缸蓋柱孔并且具有第一帶和第二帶。每個(gè)帶具有凸緣梁的橫截面。插件限定具有相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷傾斜或基本上與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷正交的表面的突起。在工具中將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體形成為具有包含隔板插件的隔板。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1示出了構(gòu)造為實(shí)施所公開(kāi)的實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0007]圖2示出了具有根據(jù)實(shí)施例的插件的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的立體截面圖；
[0008]圖3示出了圖2中發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和插件的另一個(gè)截面圖；
[0009 ]圖4示出了圖2中發(fā)動(dòng)機(jī)使用的插件的立體圖；
[0010]圖5示出了圖4中插件的截面圖；
[0011 ]圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的用于形成具有插件的發(fā)動(dòng)機(jī)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]根據(jù)需要，本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)了本發(fā)明的具體實(shí)施例;然而，應(yīng)理解公開(kāi)的實(shí)施例僅僅是示例性的并且可以以多種和替代的形式實(shí)施。附圖無(wú)需按比例繪制；可以放大或縮小一些特征以顯示特定部件的細(xì)節(jié)。所以，此處所公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限定，而僅為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式實(shí)施本公開(kāi)的代表性基礎(chǔ)。
[0013]在多個(gè)示例中，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置有定位在汽缸體的隔板區(qū)域內(nèi)的插件。隔板插件通過(guò)將缸蓋螺栓柱孔直接連接至主軸承柱孔或者將發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋螺栓直接連接至主軸承螺栓而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提供額外的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。隔板插件可以設(shè)置有在缸蓋螺栓和主軸承螺栓之間延伸的部件，比如帶。帶可以具有提供增加的負(fù)荷承載能力的工字梁橫截面或者其它凸緣梁的橫截面。插件的兩個(gè)帶可以通過(guò)在帶之間提供持續(xù)連接用于平均負(fù)荷分配的弧形連接而彼此連接?；⌒芜B接可以沒(méi)有會(huì)在插件中提供額外應(yīng)力點(diǎn)的拐角或者類似的不連續(xù)。
[0014]插件的結(jié)構(gòu)提供在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中使用的緊湊封裝，同時(shí)與單獨(dú)的隔板相比能夠使得通過(guò)插件承載較高的負(fù)荷。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)趨于更小的缸體尺寸和更緊湊的結(jié)構(gòu)，插件的尺寸也減小，并且關(guān)于隔板插件的相應(yīng)的封裝約束增加。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)趨于重量減小，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體可以由替代材料(比如鋁合金、復(fù)合材料等)制成。隔板插件可以由不同于缸體的材料(比如鐵合金)制成以提供用于發(fā)動(dòng)機(jī)的希望的強(qiáng)度并且用作隔板內(nèi)以及缸蓋螺栓和主軸承螺栓之間的主負(fù)荷承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)尺寸設(shè)計(jì)成用于有限的封裝空間。
[0015]隔板插件可以設(shè)置有提供相對(duì)于在運(yùn)轉(zhuǎn)期間發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒和反作用力傾斜或者大體上與其正交的表面以沿自然的負(fù)荷路徑將這些負(fù)荷吸收進(jìn)插件并且將集中在主軸承蓋螺栓柱孔或凸臺(tái)以及缸蓋螺栓柱孔或凸臺(tái)附近的局部區(qū)域的負(fù)荷進(jìn)行消散的額外結(jié)構(gòu)特征。在一個(gè)示例中，隔板插件設(shè)置為定位在用于鋁鑄造的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體模具內(nèi)的近凈形(near-net-shape)鑄造的含鐵插件。插件提供用于曲軸主軸承的支撐并且被斷裂分離以還提供主軸承蓋。
[0016]插件提供有構(gòu)造為將缸蓋螺栓柱孔連接至主軸承蓋柱孔的連接帶(tiestrap) ο該插件隨后成為現(xiàn)場(chǎng)澆鑄(cast-1n-place)的隔板插件，通過(guò)其與缸體的隔板相對(duì)的較強(qiáng)的插件材料承載燃燒負(fù)荷。插件提供增加的負(fù)荷承載能力。除之缸體耐久性和壽命的安全因素外，傳統(tǒng)的氣缸體隔板寬度還通過(guò)隔板和曲軸主軸頸的連接需要承載的最高燃燒負(fù)荷來(lái)限定。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體通過(guò)汽缸孔尺寸和汽缸孔間隔而提供封裝約束。根據(jù)本公開(kāi)的現(xiàn)場(chǎng)澆鑄的隔板插件在稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸軸線或縱向軸線的前后(fore-aft)方向上安置在隔板寬度內(nèi)，并且從曲軸孔的中心線向上開(kāi)始部分包裹在缸體隔板寬度內(nèi)以覆蓋整個(gè)缸蓋螺栓柱孔端部和插件的連接帶。插件還提供集成進(jìn)隔板插件的主軸承螺栓柱孔。連接帶和插件的尺寸和形狀為隔板提供增加的負(fù)荷承載構(gòu)件?？梢曰谄左w潤(rùn)滑回路的封裝進(jìn)一步約束插件的連接帶的形狀。此外，該插件為具有較窄的隔板的較小的緊湊發(fā)動(dòng)機(jī)缸體設(shè)計(jì)提供了需要的強(qiáng)度。
[0017]圖1示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)20的示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)20具有多個(gè)汽缸22，并且示出了一個(gè)汽缸。發(fā)動(dòng)機(jī)20可以包括以包括直列配置和V形配置的各種方式設(shè)置的多個(gè)汽缸。發(fā)動(dòng)機(jī)20具有與每個(gè)汽缸22關(guān)聯(lián)的燃燒室24。汽缸22由汽缸壁32和活塞組件34形成?；钊M件34連接至曲軸36。燃燒室24與進(jìn)氣歧管38和排氣歧管40流體連通。進(jìn)氣門(mén)42控制從進(jìn)氣歧管38進(jìn)入燃燒室24的流動(dòng)。排氣門(mén)44控制從燃燒室24至排氣歧管40的流動(dòng)?？梢砸员炯夹g(shù)領(lǐng)域已知的各種方式來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)氣門(mén)42和排氣門(mén)44而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0018]燃料噴射器46將燃料從燃料系統(tǒng)直接傳輸進(jìn)燃燒室24，這樣該發(fā)動(dòng)機(jī)是直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)20可以使用低壓或高壓燃料噴射系統(tǒng)，或者在其它示例中可以使用進(jìn)氣道噴射系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)包括被控制用于以火花的形式提供能量以點(diǎn)燃燃燒室24中的燃料空氣混合物的火花塞48。在其它實(shí)施例中，可以使用其它燃料輸送系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)或者技術(shù)，包括壓縮點(diǎn)火。
[0019]發(fā)動(dòng)機(jī)20包括控制器以及配置為將信號(hào)提供至控制器以控制輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料、點(diǎn)火正時(shí)、發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩輸出等的的多個(gè)傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器可以包括但不限于排氣歧管40中的氧傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度傳感器、加速踏板位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)歧管壓力(MAP)傳感器、用于曲軸位置的發(fā)動(dòng)機(jī)位置傳感器、進(jìn)氣歧管38中的空氣質(zhì)量傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器等。
[0020]在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)20用作車輛(比如傳統(tǒng)車輛或者啟-停車輛(stop-startvehicIe))中唯一的原動(dòng)機(jī)。在其它實(shí)施例中，可以在混合動(dòng)力車輛中使用發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，額外的原動(dòng)機(jī)(比如電機(jī))可用于提供額外的功率來(lái)推進(jìn)車輛。
[0021]每個(gè)汽缸22在包括進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、點(diǎn)火沖程和排氣沖程的四沖程循環(huán)下運(yùn)轉(zhuǎn)。在其它示例中，可以使用二沖程循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。在進(jìn)氣沖程期間，進(jìn)氣門(mén)42打開(kāi)并且排氣門(mén)44關(guān)閉同時(shí)活塞組件34從汽缸22的頂部移動(dòng)至汽缸22的底部以從進(jìn)氣歧管引入空氣至燃燒室。處于汽缸22的頂部的活塞組件34位置通常稱為上止點(diǎn)(TDC)。處于汽缸的底部的活塞組件34位置通常稱為下止點(diǎn)(BDC)。
[0022]在壓縮沖程期間，進(jìn)氣門(mén)42和排氣門(mén)44關(guān)閉?；钊?4從汽缸22的底部移向頂部以壓縮燃燒室24內(nèi)的空氣。
[0023]隨后將燃料引入燃燒室24并且點(diǎn)火。在示出的發(fā)動(dòng)機(jī)20中，將燃料噴射進(jìn)燃燒室24并且隨后使用火花塞48被點(diǎn)燃。在其它示例中，使用壓縮點(diǎn)火點(diǎn)燃燃料。
[0024]在膨脹沖程期間，燃燒室24中點(diǎn)燃的燃料空氣混合物膨脹，從而使活塞34從汽缸22的頂部移動(dòng)至汽缸22的底部?；钊M件34的移動(dòng)使曲軸36產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)并且從發(fā)動(dòng)機(jī)20提供機(jī)械扭矩。產(chǎn)生膨脹沖程的燃燒過(guò)程導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)20上的負(fù)荷和力。燃燒室24中的燃燒事件產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)上的力將力施加在活塞34的面部50上，并且至少一部分力在連桿52上向下傳輸至主軸承和曲軸36。在主軸承上的力可以稱為反作用力。燃燒室24內(nèi)的燃燒事件還對(duì)汽缸蓋62施加力，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋62和汽缸體60之間的附接點(diǎn)(attachment point)(比如缸蓋螺栓)施加負(fù)荷。汽缸蓋和缸蓋螺栓上的力可以稱為燃燒力。
[0025]在排氣沖程期間，進(jìn)氣門(mén)42保持關(guān)閉并且排氣門(mén)44打開(kāi)?；钊M件34從汽缸的底部移動(dòng)至汽缸22的頂部以通過(guò)減小燃燒室24的容積從燃燒室24中移除廢氣和燃燒產(chǎn)物。廢氣從燃燒汽缸22流動(dòng)至排氣歧管40和后處理系統(tǒng)，比如催化轉(zhuǎn)化器。
[0026]對(duì)于各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)沖程，可以改變進(jìn)氣門(mén)42和排氣門(mén)44的位置和正時(shí)以及燃料噴射正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí)。
[0027]發(fā)動(dòng)機(jī)20可以具有形成汽缸22的汽缸體60。汽缸蓋62連接至缸體60。缸蓋62包圍燃燒室24并且還支撐多個(gè)氣門(mén)42、44以及進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)38、40?？梢栽诟左w60和缸蓋62之間設(shè)置缸蓋襯墊或者其它密封部件以密封燃燒室24。
[0028]圖2示出了根據(jù)示例的發(fā)動(dòng)機(jī)20的一部分。發(fā)動(dòng)機(jī)20示出為直列式三缸發(fā)動(dòng)機(jī)，但是還可以預(yù)想其它配置。發(fā)動(dòng)機(jī)20顯示為具有剖面線的截面圖，在沿通過(guò)曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線的平面上形成該剖面線。
[0029]發(fā)動(dòng)機(jī)缸體60顯示為具有構(gòu)造為與汽缸蓋62的對(duì)應(yīng)平臺(tái)面(deckface)或者缸蓋襯墊相匹配的平臺(tái)面70。缸體60具有用于連接汽缸蓋62的附接特征72。在示出的示例中，使用進(jìn)入汽缸蓋螺栓柱孔72中螺紋孔的緊固件(比如汽缸蓋螺栓)將汽缸蓋62連接至缸體60。
[0030]通過(guò)缸體60在相鄰的汽缸22之間以及在汽缸22和缸體60的端部之間形成隔板74。盡管由于視圖在本圖中顯示了一個(gè)汽缸蓋柱孔72，但是隔板74通常具有與其關(guān)聯(lián)的一對(duì)汽缸蓋柱孔72。
[0031]在缸體60的隔板74中提供有插件80。插件80為用于曲軸36的主軸承提供支撐結(jié)構(gòu)。插件80具有附接至插件80的蓋端部區(qū)域84以環(huán)繞主軸承并且可旋轉(zhuǎn)地支撐曲軸36的主軸承蓋(或蓋部分)82。發(fā)動(dòng)機(jī)20的活塞可以連接至主軸承蓋82之間的曲軸36。
[0032]插件80具有將主軸承蓋82連接至蓋區(qū)域84的附接特征86。在示出的示例中，使用進(jìn)入主軸承螺栓柱孔86中螺紋孔的主軸承螺栓將主軸承蓋82連接至插件80的剩余部分。還可以在發(fā)動(dòng)機(jī)20的隔板74中或者相鄰隔板74設(shè)置這些主軸承螺栓柱孔86。
[0033]可以提供有曲軸箱(未顯示)并且曲軸箱連接至缸體60以整體上圍住曲軸、包含潤(rùn)滑劑等。在本示例中，由于曲軸大體上與汽缸蓋相對(duì)，所以曲軸箱大體上與平臺(tái)面70相對(duì)。
[0034]圖3示出了通過(guò)隔板74截取的發(fā)動(dòng)機(jī)20的橫截面圖。缸體60形成有在隔板74內(nèi)的隔板插件80。可以在缸體60鑄造或成形之后或者在缸體60成形之前將插件80形成為單個(gè)的整體部件并且隨后分割或分離。插件80具有插件部分90和蓋部分82。插件部分90大體上設(shè)置在隔板74內(nèi)并且具有第一端部區(qū)域(或者蓋端部區(qū)域)84和第二端部區(qū)域92。通過(guò)第一帶94和第二帶96連接第一端部區(qū)域84和第二端部區(qū)域92。
[0035]插件80具有主軸承蓋82或蓋部分82。蓋部分82具有成形為支撐用于曲軸36的主軸承100的至少一部分的表面98。插件部分90的端部區(qū)域84也具有成形為支撐用于曲軸36的主軸承100的另一部分的表面102。表面98、102包圍主軸承100。蓋82沿分離線(或斷裂線)162與端部區(qū)域連接和匹配。
[0036]插件80的第一端部區(qū)域84和第二端部區(qū)域92構(gòu)造為提供主軸承蓋柱孔86和汽缸蓋柱72孔之間的連接。
[0037]蓋部分82和插件部分90的端部區(qū)域84限定用于每個(gè)主軸承蓋柱孔86的連接特征106。在本示例中，連接特征106是尺寸設(shè)計(jì)成容納主軸承螺栓或其它緊固件以將蓋部分82連接至插件部分90的孔(比如螺紋孔)。孔的全部或一部分可以攻有螺紋?？椎穆菁y區(qū)域可以位于部分82、90兩者或者僅位于部分90—者。從而，主軸承螺栓僅連接至插件80并且通過(guò)插件直接傳輸任何負(fù)荷。缸體60的剩余部分上的負(fù)荷從而是間接的。
[0038]插件部分90的端部區(qū)域92限定用于每個(gè)汽缸蓋柱孔72的連接特征108。在本示例中，連接特征108是尺寸設(shè)計(jì)成容納缸蓋螺栓或其它緊固件以將汽缸蓋62連接至插件部分90和缸體60的孔(比如螺紋孔)。連接特征108可以從平臺(tái)面70延伸通過(guò)隔板74并且至插件80。連接特征108還向上延伸通過(guò)對(duì)應(yīng)的汽缸蓋62。孔的全部可以攻有螺紋或者僅孔的一部分可以攻有螺紋。孔的螺紋區(qū)域可以位于插件部分90和缸體60兩者或者僅在插件部分90—者中。從而，缸蓋螺栓僅連接至插件80并且通過(guò)插件直接傳輸任何負(fù)荷。缸體60的剩余部分上的負(fù)荷從而是間接的。
[0039]由于發(fā)動(dòng)機(jī)20的燃燒室24中燃燒事件使得發(fā)動(dòng)機(jī)被施加力。由于燃燒事件，因?yàn)榫o固件108將汽缸蓋連接至汽缸體，所以缸蓋螺栓108經(jīng)歷通過(guò)箭頭132顯示的與燃燒力相反的反作用力。由于燃燒事件，反作用力132對(duì)旋進(jìn)插件80的插件部分90的端部區(qū)域92的緊固件施加負(fù)荷。該力傳輸通過(guò)插件部分90的第一帶94和第二帶96，其中該燃燒力反作用在主軸承的蓋部分82上。該燃燒力或負(fù)荷施加在主軸承殼和主軸承蓋部分82上，并且總體上通過(guò)箭頭134顯示。主軸承螺栓86或主軸承蓋緊固件通過(guò)沿主軸承柱孔且與力134相反旋進(jìn)隔板插件而施加夾持負(fù)荷(clamp load) ο
[0040]圖4示出了插件80的立體圖。由圖3至圖4可見(jiàn)，插件80在第一端部區(qū)域84上具有一系列表面特征110。表面特征110可以是一系列突起、齒或鋸齒。每個(gè)突起110具有相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷相傾斜和/或基本上與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷正交的表面112。這些表面112的定向輔助負(fù)荷傳輸至插件80。
[0041]插件80在第二端部區(qū)域92上也具有一系列表面特征114。表面特征114可以是一系列突起、齒或鋸齒。每個(gè)突起114具有相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷相傾斜和/或基本上與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷正交的表面116。這些表面116的定向輔助負(fù)荷傳輸至插件80。
[0042]從圖4可見(jiàn)，表面特征110、114可以具有它們的深度使得它們沿發(fā)動(dòng)機(jī)20的縱向軸線122延伸。縱向軸線122示出在圖3中，并且根據(jù)本示例延伸通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)20中相鄰汽缸的中央。還示出了橫向軸線124和垂直軸線126。垂直軸線可以與發(fā)動(dòng)機(jī)20的重力對(duì)齊或者不對(duì)齊。
[0043]面部或正交表面112、116可以大致或者基本上彼此平行。在其它示例中，面部112、116可以相對(duì)于彼此成角度或者傾斜。
[0044]在進(jìn)一步的示例中，表面特征110、114可以定位在插件80的其它位置。表面特征110、114還可以設(shè)置為其它形狀和尺寸。表面特征110、114可以是其它宏觀摩擦學(xué)(macro-tribology)表面特征并且可以包括多個(gè)指定的粗糙度。可替代地，插件80可以具有鋸齒110、114以及額外的宏觀摩擦學(xué)特征以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和使用期間穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷。
[0045]在進(jìn)一步的示例中，可以僅設(shè)置一組或者可以設(shè)置兩組以上的表面特征110、114。表面特征示出為在第一端部區(qū)域的任意側(cè)和第二端部區(qū)域的任意側(cè)彼此相似;然而，表面特征在插件80上多個(gè)位置的尺寸、形狀以及數(shù)量可以變化。
[0046]插件80可以設(shè)置有鉆成的或者以其它方式形成的用于發(fā)動(dòng)機(jī)流體的通道。例如，插件80上形成的通道120提供至主軸承100的潤(rùn)滑劑的流動(dòng)。
[0047]總體參考圖3至圖5，帶94、96從第一端部區(qū)域84向外延伸并且總體上彼此分離。例如，帶94、96可以形成對(duì)稱的或非對(duì)稱的V形。第二端部區(qū)域92的一部分設(shè)置在每個(gè)帶94、96的端部并且包括汽缸蓋螺栓柱孔108。
[0048]帶94、96示出為非對(duì)稱的，并且該構(gòu)造可以用于具有偏置曲軸的發(fā)動(dòng)機(jī)20。偏置曲軸是從汽缸的中心線偏置的或者從軸線122偏置的曲軸36。對(duì)于偏置曲軸，每個(gè)帶94、96可以具有不同的長(zhǎng)度、不同的形狀或弧度以及不同的橫截面面積或形狀。帶94、96需要在端部區(qū)域84和各個(gè)缸蓋螺栓柱孔108之間大體上承載相同的負(fù)荷，并且?guī)?4、96的尺寸設(shè)計(jì)成可以承載基本上相等的負(fù)荷。例如，對(duì)于偏置曲軸36，基于負(fù)荷路徑的角度，一個(gè)帶的尺寸可能需要不同于另一個(gè)帶。由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間的扭力(比如曲軸36的扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力)，帶94、96可能需要彼此具有不同的尺寸。
[0049]插件80可以設(shè)置有在兩個(gè)帶94、96之間延伸的連續(xù)的弧形130。連續(xù)的弧形130與插件80的第一端部區(qū)域84相鄰。連續(xù)的弧形設(shè)置為用于減小或消除在重復(fù)的負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)使用下可能在插件80中產(chǎn)生應(yīng)力點(diǎn)導(dǎo)致疲勞、斷裂和其它問(wèn)題的臺(tái)階、拐角或其它不連續(xù)?；⌒?30的結(jié)構(gòu)提供了通過(guò)插件80的平順的負(fù)荷分配和負(fù)荷路徑。
[0050]圖5示出了沿平行于軸線122、124的平面截取的插件80的橫截面圖并且示出了帶94、96的橫截面。如圖5顯示的，一個(gè)帶的橫截面面積基本上等于另一個(gè)帶的橫截面面積。在其它示例中，每個(gè)帶94、96的橫截面面積可以彼此不同。
[0051]帶94、96示出為具有凸緣梁形狀的橫截面，并且在顯示的示例中，具有工字梁的橫截面。盡管工字梁是優(yōu)選的橫截面，但是可以使用其它梁截面并且包括C形的梁形狀、L形的梁形狀、T形的梁形狀等。凸緣梁的橫截面用于帶94、96以增加每個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度。由于橫截面面積受到發(fā)動(dòng)機(jī)的封裝約束和窄的隔板區(qū)域74的限制，所以沒(méi)有該形狀，帶94、96可能沒(méi)有足夠的強(qiáng)度。
[0052]每個(gè)帶94、96的工字梁形狀具有中央部分140以及第一端部凸緣142和第二端部凸緣144。中央部分140連接至端部凸緣142、144的中間區(qū)域。工字梁示出為大體上對(duì)稱;然而，工字梁可以是非對(duì)稱的，具有相對(duì)于其它部分偏置連接的一個(gè)或更多個(gè)部分140、142、144。
[0053]用于每個(gè)帶94、96的梁形狀可以彼此相同或者可以不同。例如，中央部分140可以具有相同或不同的長(zhǎng)度和寬度、端部凸緣可以具有相同或不同的長(zhǎng)度和寬度且/或中央部分140可以在相同或不同的點(diǎn)連接至每個(gè)端部凸緣142、144。
[0054]圖6示出了用于形成和/或組裝發(fā)動(dòng)機(jī)(比如根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)20)的工藝或方法150。方法150的多個(gè)實(shí)施例可以包括更多或更少的步驟，并且可以以不同于示出的其它順序來(lái)執(zhí)行這些步驟。
[°°55]在步驟152處形成插件80。在示出的示例中，插件80是鑄造的并且包含鐵、鐵合金等。在其它示例中，由強(qiáng)度高于缸體60的材料的其它適當(dāng)?shù)牟牧闲纬刹寮?0?？梢允褂媒鼉舫尚舞T造工藝鑄造插件80，并且可以使用高壓或低壓工藝鑄造。插件形成有如上文描述的表面特征和摩擦學(xué)特征，并且在進(jìn)一步的示例中，可以通過(guò)機(jī)加工工藝等提供額外的表面特征。插件80還形成有適于如下文描述的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體60制造方法的多個(gè)接觸點(diǎn)和定位點(diǎn)。在其它示例中，可以使用其它合適的制造技術(shù)形成插件80，這些技術(shù)包括但不限于鑄造、粉末冶金技術(shù)、鍛造、機(jī)加工、模鑄和熱處理等。
[0056]在步驟154處將插件80定位在用于形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體60的工具內(nèi)。根據(jù)用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體60的制造技術(shù)提供工具，并且工具可以包括多個(gè)沖模、模具、滑塊等。工具還可以包括提供缸體60的其它特征的多個(gè)插件或公模?？梢栽谥糜诠ぞ咧皣娡坎寮蕴峁┡c缸體60的改善的接合。還可以在置于工具之前對(duì)插件機(jī)加工或切塊(cube)。
[0057]在步驟156處形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體60。根據(jù)適于缸體60的主材料的制造技術(shù)形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體60。在一個(gè)示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體60鑄造為根據(jù)鑄造工藝將鋁或鋁合金圍繞在插件80周圍。可以使用高壓鑄造工藝或低壓鑄造工藝鑄造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體60，并且可以是沙模鑄造、壓鑄等。在另一個(gè)示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體是通過(guò)在金屬插件80周圍模塑或者噴射模塑復(fù)合材料而制成的。
[0058]由描述可見(jiàn)，插件80通常由不同于缸體60的材料形成。插件80可以由較高強(qiáng)度的材料形成，而缸體60可以由重量減小、熱傳導(dǎo)性較高等的材料形成。插件80的結(jié)構(gòu)可以額外地允許提供較低強(qiáng)度的材料和較輕的缸體60，這本來(lái)在發(fā)動(dòng)機(jī)的隔板中沒(méi)有插件80的情況下是不可用的。
[0059]在步驟158處缸體60從工具移除并且可以機(jī)加工或者以其它方式后處理以形成缸體60的多個(gè)特征。例如，可以機(jī)加工缸體60以成形平臺(tái)面70等。此外，可以對(duì)缸體60機(jī)加工或鉆孔和攻螺紋以形成進(jìn)入缸體和插件的缸蓋螺栓孔?？梢詫?duì)插件80機(jī)加工或鉆孔和攻螺紋以形成主軸承蓋孔。可以機(jī)加工缸體和插件以形成發(fā)動(dòng)機(jī)20中的多個(gè)冷卻或潤(rùn)滑通道，比如通道120。
[0060]在步驟160處分離或分割插件80以成形插件部分90和蓋部分82。在一個(gè)示例中，斷裂分離(fracture split)插件80，其可以包括使用工藝(比如激光蝕刻或劃線)形成斷裂線或定位點(diǎn)。限定斷裂分離線之后插件80被彎曲或分離。分離之后，插件80具有蓋部分82和插件部分90，蓋部分和插件部分具有通過(guò)分離形成的沿圖3和4顯示的分離線162匹配的匹配表面。分離線可以是線性的、非線性的、對(duì)稱的、非對(duì)稱的或者其它方式成形的。
[0061]通過(guò)在已經(jīng)形成缸體60之后分離插件80并且通過(guò)整體上在將要設(shè)置斷裂線162的地方的上面形成缸體材料，可以實(shí)現(xiàn)到多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這包括去除斷裂分離設(shè)計(jì)通常存在的鞍鎖寬度(saddle and lock width)機(jī)加工工藝，并且消除導(dǎo)致工具壽命縮短并且潛在增加廢品率的雙材料機(jī)加工。
[0062]由于插件部分90和蓋部分82由相同材料形成，所以這兩個(gè)部件具有共同的熱膨脹系數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)20的運(yùn)轉(zhuǎn)可以具有減小的噪聲、振動(dòng)和粗糙性。
[0063]盡管表面特征和宏觀摩擦學(xué)特征設(shè)置在插件80上以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間與燃燒和反作用負(fù)荷相互作用，但是它們還可以具有當(dāng)插件80被分離和機(jī)加工時(shí)在缸體60內(nèi)穩(wěn)定插件80以及保持插件部分90和缸體60之間的接合的次級(jí)效益。
[0064]分離插件80之后，可以進(jìn)行其它機(jī)加工，例如機(jī)加工用于曲軸軸承的孔，例如機(jī)加工表面98、102。
[0065]除所示的插件80的簡(jiǎn)單分離之外，還可以預(yù)想該分離可以包括在蓋部分82上添加槽以及在插件部分90上添加匹配的突起，或者反之亦然。當(dāng)重新裝配插件80時(shí)，槽和突起將會(huì)匹配以在插入主軸承緊固件時(shí)輔助定位蓋部分82，并且還可以輔助主軸承在蓋部分82上的任何扭轉(zhuǎn)或側(cè)面負(fù)荷。
[0066]在步驟164處裝配發(fā)動(dòng)機(jī)20，并且可以包括將發(fā)動(dòng)機(jī)20放置進(jìn)車輛。使用在附接點(diǎn)108處連接至插件80的缸蓋螺栓將汽缸蓋62連接至缸體60。主軸承和曲軸36定位在表面102內(nèi)并且隨后定位蓋部分98。使用主軸承螺栓經(jīng)由附接點(diǎn)86將蓋部分82連接至插件部分90。插件80從而機(jī)械地連接或固定至缸蓋螺栓和主軸承螺栓兩者以在其間提供負(fù)荷路徑。
[0067]盡管上文描述了示例性實(shí)施例，但是并非意味著這些實(shí)施例描述了本發(fā)明的所有可能形式。更確切地，說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)為描述性詞語(yǔ)而非限定性詞語(yǔ)，并且應(yīng)理解，在不脫離本公開(kāi)的精神和范圍的情況下，可以作出各種改變。此外，可以組合各種實(shí)施的實(shí)施例的特征以形成本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)，包含: 汽缸體，限定與汽缸相鄰的至少一個(gè)主軸承隔板； 曲軸，通過(guò)主軸承可旋轉(zhuǎn)地容納在所述汽缸體內(nèi)；以及 隔板插件，具有插件部分和蓋部分，所述插件部分設(shè)置在所述隔板內(nèi)并且具有通過(guò)第一帶和第二帶連接的第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域，每個(gè)帶具有凸緣梁的橫截面，所述插件部分的所述第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域被構(gòu)造為將主軸承蓋柱孔連接至汽缸蓋柱孔，所述第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域中的每者限定具有相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷傾斜或基本上與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷正交的表面的至少一個(gè)突起，所述蓋部分被構(gòu)造為在所述主軸承蓋柱孔處與所述第一端部區(qū)域匹配并且支撐所述主軸承。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述第一端部區(qū)域的所述至少一個(gè)突起是第一系列鋸齒，其中所述第一系列鋸齒的每個(gè)鋸齒的面部相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)反作用負(fù)荷傾斜或正交;并且 其中所述第二端部區(qū)域的所述至少一個(gè)突起是第二系列鋸齒，其中所述第二系列鋸齒的每個(gè)鋸齒的面部相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒負(fù)荷傾斜或正交。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包含被構(gòu)造為與所述汽缸體匹配的汽缸蓋；以及 用于經(jīng)由所述汽缸蓋柱孔將所述缸蓋連接至所述汽缸體的缸蓋螺栓，所述缸蓋螺栓的一部分通過(guò)所述隔板插件的所述插件部分的所述第二端部區(qū)域容納。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述汽缸體由第一材料形成而所述隔板插件由第二材料形成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述第一材料包含鋁而所述第二材料包含鐵。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述曲軸從汽缸的中心線偏置;并且 其中所述第一帶的橫截面面積大于所述第二帶的橫截面面積。7.一種發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承結(jié)構(gòu)，包含: 隔板插件，用于將主軸承蓋柱孔連接至缸蓋柱孔并且具有通過(guò)一對(duì)帶連接的第一端部和第二端部，每個(gè)帶具有工字梁的橫截面，每個(gè)端部限定具有相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷傾斜或與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷正交的表面的至少一個(gè)突起，所述第一端部成形為用于支撐曲軸主軸承，所述第二端部被構(gòu)造為容納缸蓋螺栓。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主軸承結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包含被構(gòu)造為與所述插件的所述第一端部匹配并且成形為用于支撐所述主軸承的主軸承蓋。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主軸承結(jié)構(gòu)，其中所述帶從所述第一端部向外延伸并彼此分離，每個(gè)帶限定所述插件的所述第二端部的一部分并且提供缸蓋螺栓柱孔的一部分。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主軸承結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包含與所述插件的所述第一端部相鄰的連續(xù)的弧形，所述連續(xù)的弧形在所述一對(duì)帶之間延伸。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主軸承結(jié)構(gòu)，其中，所述第一端部的所述至少一個(gè)突起是第一系列鋸齒，其中所述第一系列鋸齒的每個(gè)鋸齒的面部相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)反作用負(fù)荷傾斜或正交。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的主軸承結(jié)構(gòu)，其中，所述第二端部的所述至少一個(gè)突起是第二系列鋸齒，其中所述第二系列鋸齒的每個(gè)鋸齒的面部相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒負(fù)荷傾斜或正交。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的主軸承結(jié)構(gòu)，其中，所述第一系列鋸齒的所述面部與所述第二系列鋸齒的所述面部大體上平行。14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主軸承結(jié)構(gòu)，其中，所述一對(duì)帶的每者具有沿與所述插件的所述第一端部的匹配表面平行的平面截取的各自的橫截面面積，其中所述一對(duì)帶中的一者的所述橫截面面積大于所述一對(duì)帶中所述另一者的所述橫截面面積。15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主軸承結(jié)構(gòu)，其中，所述插件進(jìn)一步包含宏觀摩擦學(xué)特征的至少一個(gè)區(qū)域以穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷。16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主軸承結(jié)構(gòu)，其中，所述插件進(jìn)一步包含配置用于與所述插件周圍的所述發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體接合的涂層。17.一種形成發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括: 在工具中提供隔板插件，所述隔板插件被構(gòu)造為將主軸承蓋柱孔連接至汽缸蓋柱孔，所述隔板插件具有第一帶和第二帶，每個(gè)帶具有凸緣梁的橫截面，所述插件限定具有相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷傾斜或基本上與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷正交的表面的突起；以及 在所述工具中形成具有包含所述隔板插件的隔板的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括將所述隔板插件斷裂成插件部分和蓋部分，所述插件部分設(shè)置在所述隔板內(nèi)，所述蓋部分被構(gòu)造為與所述插件部分協(xié)作以支撐曲軸的主軸承。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括: 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)行表面加工以形成被構(gòu)造為與汽缸蓋匹配的平臺(tái)面； 形成進(jìn)入所述隔板插件用于容納汽缸蓋螺栓的汽缸蓋柱孔；以及 形成通過(guò)所述蓋部分并且進(jìn)入所述插件部分用于容納主軸承蓋緊固件的主軸承柱孔。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括形成具有第一帶和第二帶的所述隔板插件，所述第一帶和第二帶中的每者具有工字梁的橫截面，并且所述插件帶有具有相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷傾斜或基本上與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和反作用負(fù)荷正交的表面的突起。
【文檔編號(hào)】F02F1/18GK105888872SQ201610073128
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年2月2日
【發(fā)明人】克利福德E·馬基, 杰弗里·艾略特·卓廷納, 里克·L·威廉姆斯, 馬克·W·蒂博, 詹姆斯·道格拉斯·歐文, 詹姆斯·莫里斯·波瓦洛, 布萊恩·邁克尤
【申請(qǐng)人】福特全球技術(shù)公司