技术领域
[0001] 本
发明涉及
内燃机，尤其涉及用于将
活塞连接于
曲柄轴的连杆。
背景技术
[0002] 连杆用在往复活塞式
发动机中，以将活塞连接于曲柄轴。连杆使得活塞的往复运
动能被转换成曲柄轴的转动。连杆可经受来自作用在连杆连接于活塞和曲柄轴
位置处的那些点上的变化的
力的巨大
应力。在内燃机中，活塞设有活塞缸体，且该活塞的往复运动由缸体壁所侧向引导。连杆的一些部分通常也位于发动机缸体内，并且结合活塞在缸体内往复运动。施加于连杆的力会潜在地会导致连杆磨损和受损。
发明内容
[0003] 一方面，本发明包括一种包括细长杆柄的连杆，该细长杆柄在杆柄的第一轴向端部处具有小端，而在杆柄的第二轴向端部处具有大端。大端包括本体部分和适合于可释放地联接于本体部分的帽部分。当帽部分联接于本体部分时，该帽部分和本体部分协配，以限定
曲柄销接纳孔，并且邻靠于间隔开的第一和第二交界部处。帽部分在第一交界部附近限定小孔，该小孔适合于接纳
螺纹紧固件，该螺纹紧固件使帽部分与本体部分配合，并且将帽部分夹持于本体部分。该帽部分包括侧部，该侧部径向地延伸，超出从曲柄销孔中心到第一交界部的最大半径。侧部基本上径向地集中在第一交界部附近。
[0004] 一方面，本发明包括发动机，该发动机具有发动机组、曲柄、活塞以及细长连杆，该发动机组限定活塞缸体，该曲柄具有曲柄销并且被支承成在发动机组中转动，该活塞位于活塞缸体中，而该细长连杆将曲柄连接于活塞。连杆在该连杆的大端处联接于曲柄销。连杆的大端包括本体部分和由多个螺纹紧固件可释放地联接于本体部分的帽部分。帽部分在间隔开的第一和第二交界部处邻靠于本体部分。该帽部分在第一交界部附近的区域中侧向地延伸超出第一交界部。帽部分具有比缸体的内直径大但比连杆的最大侧向尺寸小的侧向尺寸。
[0005] 一方面，本发明包括操作发动机的方法。根据该方法，在发动机的缸体内往复运动的活塞利用细长连杆连接于发动机的曲柄。该细长连杆包括本体部分和帽部分，该帽部分由多个螺纹紧固件可释放地联接于本体部分，并且在间隔开的第一和第二交界部处邻靠于本体部分。由连杆上的曲柄所施加的
载荷利用帽部分在第一交界部附近且延伸超出该第一交界部的区域所支承。在第一交界部附近区域中的连杆具有比缸体的内直径大但比连杆的最大侧向尺寸小的最大侧向尺寸。
[0006] 上述特征可包括以下特征中的一个或多个或不包括以下特征。该帽部分和该本体部分可在第一交界部处包括互
锁波峰和波谷。侧部可绕第一交界部径向地延伸而超出本体部分。侧部延伸超出该第一交界部的量能大于本体部分径向地延伸超出第一交界部的量。侧部径向地延伸超出该第一交界部的量能大于帽部分径向地延伸超出第一交界部的量。径向地超出通过第一交界部的端部并且
正交于该第一交界部的平面的侧部的总体积具有质心，且该质心能径向地位于从曲柄销孔中心到帽部分周缘的最小半径内。该侧部能径向地位于从曲柄销中心到帽部分周缘的最大半径内。第一交界部和第二交界部可不正交于杆柄的纵向轴线。第一交界部和第二交界部可以是共面的。
[0007] 在此在下文披露本发明的各替代方面。
[0008] 在第一方面中，一种用于将活塞联接于曲柄销的连杆包括：细长杆柄，该细长杆柄具有相对的第一轴向端部和第二轴向端部；小端，该小端位于杆柄的第一轴向端部处并且适合于联接于活塞；以及大端，该大端位于杆柄的第二轴向端部处。
[0009] 在根据第一方面的第二方面中，大端包括：本体部分，该本体部分在杆柄的第二轴向端部处延伸；以及帽部分，该帽部分适合于可释放地联接于本体部分；当帽部分联接于本体部分时，帽部分和本体协配以限定曲柄销接纳孔，并且邻靠于间隔开的第一和第二交界部处，从而帽部分在第一交界部附近限定至少一个小孔，该小孔适合于接纳螺纹紧固件，而该螺纹紧固件使帽部分与本体部分配合并且将帽部分夹持于本体部分。
[0010] 在根据前述方面中任一项的第三方面中，该帽部分包括侧部，该侧部径向地延伸，超出从曲柄销孔中心到第一交界部的最大半径。
[0011] 在根据前述方面中任一项的第四方面中，侧部基本上径向地集中在第一交界部附近。
[0012] 在根据前述方面中任一项的第五方面中，连杆横向于杆柄的纵向轴线而测得的最大尺寸大于本体部分横向于杆柄的纵向轴线而测得的最大尺寸。
[0013] 在根据前述方面中任一项的第六方面中，帽部分的侧部绕第一交界部而径向地延伸超出本体部分。
[0014] 在根据前述方面中任一项的第七方面中，该帽部分的侧部延伸超出该第一交界部的量大于本体部分径向地延伸超出第一交界部的量。
[0015] 在根据前述方面中任一项的第八方面中，该帽部分的侧部径向地延伸超出该第一交界部的量大于帽部分径向地延伸超出第一交界部的量。
[0016] 在根据前述方面中任一项的第九方面中，径向地超出通过第一交界部的端部并且正交于第一交界部的平面的侧部的总体积具有质心，且该质心径向地位于从曲柄销孔中心到帽部分周缘的最小半径内。
[0017] 在根据前述方面中任一项的第十方面中，质心位于平行于第一交界部并且从第一交界部偏移25度
角度的剖面中。
[0018] 在根据前述方面中任一项的第十一方面中，该侧部径向地位于从曲柄销中心到帽部分周缘的最大半径内。
[0019] 在根据前述方面中任一项的第十二方面中，第一交界部和第二交界部并不正交于杆柄的纵向轴线。
[0020] 在根据前述方面中任一项的第十三方面中，第一交界部和第二交界部是共面的。
[0021] 在根据前述方面中任一项的第十四方面中，帽部分和本体部分在第一交界部和/或第二交界部处包括互锁波峰和波谷。
[0022] 在根据前述方面中任一项的第十五方面中，通过从单个的大端件中分裂出帽部分以形成不同的本体部分构件和帽部分构件，从而制造出帽部分和本体部分。
[0023] 在根据前述方面中任一项的第十六方面中，连杆的帽部分通过多个螺纹紧固件可释放地联接于本体部分。
[0024] 在根据前述方面中任一项的第十七方面中，螺纹紧固件中的至少一个延伸通过第一交界部。可选的是，第二螺纹紧固件延伸通过第二交界部。
[0025] 在第十八方面中，提供一种发动机，包括：发动机组，该发动机组限定活塞缸体；曲柄，该曲柄具有曲柄销并且被支承成在发动机组中转动；活塞，该活塞位于活塞缸体中；
以及细长连杆，该细长连杆将曲柄连接于活塞，其中连杆为如前述方面中任一项所述的类型。
[0026] 在根据前一方面的第十九方面中，连杆在该连杆的大端处联接于曲柄销，大端。
[0027] 在根据第十八方面或第十九方面中任一项的第二十方面中，帽部分在间隔开的第一交界部和第二交界部处邻靠于本体部分，且帽部分在与第一交界部相邻的区域中侧向地延伸超出第一交界部，并且具有比缸体的内直径大而比连杆的最大侧向尺寸小的侧向尺寸。
[0028] 在根据从第十八方面到第二十方面的前述方面中任一项的第二十一方面中，从曲柄销中心到第一交界部附近的帽部分的最大半径近似地与从曲柄销到帽部分周缘的最小半径相等。
[0029] 在根据从第十八方面到第二十一方面的前述方面中任一项的第二十二方面中，该帽部分径向地延伸超出该第一交界部的量大于本体部分径向地延伸超出第一交界部的量。
[0030] 在根据从第十八方面到第二十二方面的前述方面中任一项的第二十三方面中，发动机组包括侧部通入口，该侧部通入口
定位成：允许对紧固件、帽部分或者本体部分中的至少一个构件进行维护。
[0031] 在第二十四方面中，提供一种对根据第十八方面到第二十三方面的前述方面的发动机进行操作的方法。该方法包括：利用细长连杆将在发动机缸体内往复运动的活塞连接于发动机的曲柄，并且利用帽部分在第一交界部附近并且侧向地延伸超出第一交界部的区域来提供对由连杆上的曲柄所施加的载荷的支承。
[0032] 在根据前一方面的第二十五方面中，提供支承包括：利用第一交界部处的互锁波峰和波谷为由连杆上的曲柄所施加的载荷提供支承。
[0033] 在以下的
附图和说明中阐述一个或多个
实施例的细节。从
说明书和附图以及从
权利要求书中可显示出其它特征、目的和优点。
附图说明
[0034] 图1是包括根据本文描述的概念而构造的连杆的发动机的剖视图。
[0035] 图2A是按比例示出的连杆的一个实施例的正视图。
[0036] 图2B是图2A所示大端的帽的第一剖视图，示出剖面质心的一个实施例的位置。
[0037] 图2C是图2A所示大端的帽的第二剖视图，示出剖面质心的另一实施例的位置。
[0038] 图3是图2A所示连杆的剖视图，该剖视图叠置在发动机缸体
内衬的剖视图上，且这两个剖视图都按比例示出。
[0039] 各图中相同的附图标记标示相同的构件。
具体实施方式
[0040] 提供连杆的各种实施例，该连杆在发动机中用于将曲柄轴连接于活塞，以将活塞的往复运动转换成曲柄轴的旋转运动。在发动机内可提供一个或多个连杆，通常为发动机的每个活塞提供一个连杆。连杆具有适合于连接于活塞的小端以及适合于连接于曲柄轴的大端。大端包括分离的帽部分，该帽部分适合于使得大端能够接纳曲柄轴的曲柄销。在帽部分上设有侧部，该侧部径向地延伸超出帽部分和大端的剩余部分之间的交界部。
[0041] 如图1所示，在一些示例中，发动机100设有发动机组102、活塞105以及曲柄轴112。连杆115将活塞105连接于曲柄轴112的曲柄销110。连杆115在连杆115的小端
117处连接于活塞105的肘节销107，而在大端135处连接于曲柄销110。小端117具有镗孔119，该镗孔119紧密地接纳肘节销107，并且可成形为套筒或者以其它方式成形以限定出
轴承152(例如，轴颈类型的轴承或其它轴承)。类似地，大端135具有镗孔145，该镗孔
145紧密地接纳曲柄销110，并且可成形为套筒或者以其它方式成形以限定出轴承150(例如，轴颈类型的轴承或其它轴承)。活塞105可设在缸体120中。缸体120的顶端125通常由缸盖126关闭，而缸体120的相对端部打开。缸体120可构造成：当活塞105在缸体120中往复运动时，限制该活塞105的侧向运动。连杆115的至少一部分设置在缸体120内，至少一部分设置在缸体120外部，从而适应连杆115的大端135与曲柄销110的循环运动协配的运动。发动机100可具有单个缸体构造，包括单个缸体120、活塞105、曲柄销110以及连杆115，或者可以是多缸体发动机100，包括多个缸体120、活塞105、曲柄销110以及连杆
115。在多缸体发动机100中，活塞105、曲柄销110以及连杆115的数量在数量上与缸体
120的数量相对应。此外，发动机100可具有不同的缸体构造，例如“V”构造、直线构造或者其它的往复发动机构造。
[0042] 在一些示例中，连杆115在大端135处具有帽部分137。帽部分137可释放地联接于连杆115的剩余部分，使得曲柄销110能接纳在大端135的孔145中。一旦曲柄销110定位在孔145中，则帽部分137能被替换并固定于连杆115的剩余部分，以将曲柄销110紧密地接纳在孔145内。在一些实施例中，接纳在帽部分137的小孔以及大端135的剩余部分中的紧固件148与帽部分137和大端135的剩余部分配合，并且将帽部分137夹持于连杆115的剩余部分，但还可使用其它的紧固机构来将帽部分固定于连杆115。帽部分的可替换特征不仅有助于将连杆115连接于曲柄销110，而且有助于使连杆115进入缸体120、将轴承150定位在孔145内的曲柄销110周围、替换磨损的轴承150或者提供其它维护。
[0043] 发动机100的一些实施例提供维护通入端口132，该通入端口132允许通入发动机100的内部部件，包括缸体120、活塞105、曲柄112以及连杆115。通入端口便于通入发动机100的内部部件，且由此便于对该发动机的内部部件进行组装和维护，内部部件例如连杆115以及相关联的轴承和紧固机构。在图1中，通入端口设置成通过发动机100的侧部上的一个或多个通入板114(例如，通过发动机组102的侧部)。
[0044] 为了进一步便于对发动机100进行维护，连杆115可设有紧固件148，这些紧固件148设置成可通过通入端口(例如，通入板114)而到达。例如，如图1所示，帽部分137能相对于连杆的中心纵向轴线155、以角度α附连于连杆115的剩余部分。在一些实施例中，此种朝向可用于使紧固件148的头部指向通入端口(例如，通入板114)，便于通入，以允许加紧/松开紧固件148来对待维护的帽部分137、曲柄销110以及周围轴承150进行替换。
使用其它紧固件类型的帽部分137的设计可类似地定向，以方便地通过发动机100的通入端口132而进入。
[0045] 发动机100的一些实施例设有适合于通过缸体120的连杆115，以使连杆115在连接于活塞105之前能从缸体120的顶端125定位到缸体120中。适合于通过缸体120的连杆构造还能在连杆115连接于活塞105的同时，通过使连杆-活塞组件总地或部分地经缸体120的顶端125而从缸体120中移除(在缸盖126移除的条件下)来便于对连杆-活塞组件进行维护。其中，小端的尺寸已适合于装配在缸体120内并且与活塞105协配地在缸体120内运动，且使连杆115适合于通过缸体120能致使将大端135的最大侧向尺寸限制成略小于缸体120的直径。
[0046] 在发动机100的一些实施例中，限制大端135的尺寸能致使对为了支承在曲柄轴110的转动过程中所遇到的载荷而在大端135处所使用的材料量进行限制。牺牲大端135上的结构以使连杆115通过缸体120、同时便于对连杆-活塞组件进行构造和维护会对连接于曲柄轴110的连杆115的支承能力进行限制。在发动机100的一些实施例中，由于活塞
105的往复驱动力载荷而在大端135上施加的力会致使大端孔145受损，而这是由于大端
135处支承结构不充分。例如，随着时间推移，大端135的挠性会致使孔145椭圆化、微振磨损以及应力破裂，而这最终会致使连杆115失效并致使发动机100发生严重故障。为大端
135提供合适的支承能尤其减小椭圆化、微振磨损以及应力破裂，并有助于确保
润滑油均匀地分布在连杆-曲柄销的连接部处，以及确保
大端轴承150的润滑油均匀地分布。
[0047] 如图2A所示，连杆200的一个示例在大端210处设有可释放地联接的帽部分205。该帽部分205能够连结于大端210的刚性连接本体部分215，以在大端210处形成半径为RB的曲柄销孔220。本体部分215连接于杆柄225。杆柄225构造成接受作用在连杆200上的载荷，并且通过连杆200将该载荷传递至小端230处活塞的肘节销以及大端210处曲柄的曲柄轴销。
[0048] 帽部分205在两个交界部235和240处邻靠于本体部分215。大端210的一些实施例可提供限定出分割
线轴线245的交界部235和240，其中分割线轴线245与交界部235和240重合。虽然图2A示出交界部235和240定向成共面，但交界部可呈现非共面的构造。此外，连杆200的一些实施例可提供限定分割线轴线245的交界部235、240，该分割线轴线
245与连杆200的杆柄225的纵向轴线成非直角β。分割线轴线的角偏移β相对于纵向轴线可以是正角或负角。
[0049] 每个交界部235、240由大端215的刚性部分的邻接联接表面250、255以及帽部分205的联接表面260、265所限定。这些联接表面250、255、260、265可以是基本上平坦的，或者可设有互锁波峰和波谷。示例表面250、255、260、265的互锁波峰和波谷在图2A中被显示为平行于曲柄销孔的中
心轴线定向的基本上线性的槽和脊；然而，可使用其它构造。一个此类示例是裂杆制造法，其中可通过从单一的大端215的部件中分裂出帽部分205以形成不同的本体部分构件225和帽部分构件205，从而制造出帽部分205和本体部分225。在力作用下从本体部分225中分裂出帽部分205致使在各部件之间产生不规则裂缝，从而也提供具有互锁波峰和波谷的联接表面250、255、260、265。表面250、255、260、265的互锁波峰和波谷可用于在交界部235、240处提供附加的配合，因此为帽部分205与本体部分215的连接提供
刚度。还可提供诸如螺钉、
螺栓、具有
螺母的螺杆之类的螺纹紧固件270、275或其它紧固件，用以将帽部分205附连于本体部分215。紧固件270、275接纳在孔271、276中，而这些孔在交界部235、240附近(之中或邻近)延伸通过帽部分205和本体部分215。紧固件270、275与帽部分205和本体部分215配合，并将帽部分205夹持于本体部分215。如图2A所示的示例中所说明的那样，使联接交界部235、240相对于中心纵向轴线以一定角度定向能用于来对紧固件270、275的位置进行定向，例如通过使紧固件的端部从中心纵向轴线倾斜角度γ。紧固件270、275可倾斜或以其它方式定向，以例如通过使紧固件端部(例如，具有螺栓头或螺母的端部)朝发动机的维护入口倾斜，而提供较容易的维护入口。
[0050] 帽部分205设有平衡突起295。平衡突起295可以是设在帽部分205周缘上的材料
块，以使连杆200的大端210平衡。
[0051] 帽部分205在交界部240中的一个附近设有侧突起280。侧突起280径向地延伸超出交界部240，从而为大端210提供附加材料，由此为大端210(尤其是帽部分205和本体部分215之间的连接部)和孔220提供附加刚度。侧突起280的几何形状、尺寸以及位置可根据其余的连杆构件的尺寸和几何形状以及连杆200的功能需求来选择。在某些情形中，侧突起280的几何形状、尺寸以及布置可以优
化成为大端孔220提供最大的强度。例如，虽然侧突起280的几何形状、尺寸以及布置可采取许多形式，但附加材料的最有效布置是径向地集中在交界部240附近，而不是远远地超出交界部240外部。放置成径向地超出从孔220的中心到帽部分205周缘的最小半径的材料有效性减小。此外，使侧突起280加强的帽的一些实施例会在尺寸和几何形状上被限制成：在发动机的工作过程中，允许大端210具有间隙。例如，发动机的内部几何形状以及发动机组-缸体交界部的几何形状会仅仅允许有限尺寸的帽部分205。
[0052] 图2A示出侧突起280的一个示例。在所说明的示例中，交界部240从半径RB(从曲柄销孔220的中心)延伸至半径R2，而其中心在半径R1处。示例的侧突起280的内部边界221在交界部240的端部(半径R2)处开始，并且正交于交界表面240延伸。在交界部240的平面中，示例侧突起280延伸至半径Ro，超出本体部分在交界部240附近的边缘。半径Ro小于帽部分205的最大半径RL，且与帽部分205的最小半径R3(图中示出略大于R3)近似相等(等于、在约10％的范围内略大于或略小于)。示例侧突起280比连杆200在交界部235、240附近延伸超出相邻交界部235、240的任何其它部分(例如，本体部分215或帽部分205的其它部分)更远地延伸超出交界部240。示例侧突起280的周缘表面基本上正交于交界部240的平面而从半径R0延伸出一部分，之后开始向内弯曲，但可以是其它形状。在所说明的示例中，整个侧突起280保留在半径RL内。垂直于交界部240的平面进行测量，则示例侧突起280比其宽度长。示例侧突起280基本上径向地集中在交界部240附近，但在所说明的示例中，示例侧突起280的质心径向地位于帽部分205的最小半径R3内，即位于半径R中心处。
[0053] 图2B和2C示出大端的帽205的质心位置的示例。图2B和2C是分别与图2A所示的标识2B和2C相对应的大端的帽205的剖视图。图2B所示的剖面282与由帽交界部240处或附近的标识2B所指出的剖面相对应。如图所示，在该示例中，与2B相对应的剖面质心283位于质心半径R中心I处，而该质心半径定位在交界部中心半径R1和帽部分的最小外径R3之间。在图2C所示的示例中，剖面质心286示作位于大端的帽205与标识2C相对应的剖面284中。剖面284定向成平行于剖面282，但与剖面282和帽交界部240偏移开角度A1。如图2A和2C所示，在角度A1＝25度的情形下，剖面284的剖面质心的质心半径R中心2也位于交界部中心半径R1和帽部分最小外径R3之间。在图2C所示的示例中，剖面
284的质心286的质心半径R中心2短于剖面282的质心283的质心半径R中心1。在剖面282和284之间的其它剖面处，质心位于交界部中心半径R1和帽部分最小外径R3之间，例如位于角度A1＝12.5度且平行于图2A和2B所示剖面(即，282和284)的剖面。
[0054] 返回至图2A，应注意到侧突起280可呈现其它几何形状，且无需平行于分割线轴线245从交界部240延伸。例如，侧突起280的边缘可相对于分割线轴线245朝向或者远离本体部分215倾斜，或者凸出地弯曲(即，朝向本体部分215弯曲)或凹入地弯曲(即，远离本体部分215弯曲)。如图2A中示例所示，侧部突起280可直接与联接表面260的外侧边缘毗连，或者可与联接表面260隔开地定位在帽部分205周缘上的任何地方。
[0055] 图3说明图2A所示的连杆200，该视图叠置在活塞缸体305的参考剖视图上。如图3所示，小端230、连杆柄225以及本体部分215的侧向尺寸(即，横向于杆柄的纵向轴线而测得)小于缸体内壁310、315的内直径，使得小端230、杆柄225以及本体部分215能通过缸体305。此种设置使得连杆组件200的该部分能在对该组件200或所连接的活塞和曲柄轴进行制造和维护过程中安装于缸体305和通过缸体305。与此相反，帽部分205的侧向尺寸大于连杆部分215、225、230以及缸体壁305的内直径。因此，当帽部分205附连于本体部分215时，该帽部分205无法通过缸体。
[0056] 已描述多种实施方式。然而，应理解的是可进行各种
修改。例如，在帽部分的两侧上可提供额外的支承材料。因而，其它实施方式也在以下权利要求书的范围内。
