專利名稱：具有不對(duì)稱銷孔槽布置的活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的活塞。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)會(huì)利用被安裝用于在相應(yīng)氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞。將活塞安裝在氣缸內(nèi)需要使用活塞連桿，該活塞連桿具有樞轉(zhuǎn)連接至旋轉(zhuǎn)曲軸的下端以及類似地附裝至活塞銷的上端，活塞銷在活塞銷座部分內(nèi)的徑向銷孔中延伸。典型活塞中的活塞銷在其端部由銷座支撐，使得活塞銷起樞軸的作用而銷孔起支撐軸承的作用。活塞連桿的上端在其活塞支撐端中間與活塞銷配合，由此完成活塞與旋轉(zhuǎn)曲軸的連接?；钊匿N到銷孔的接觸面是高應(yīng)力區(qū)域，要求合適的潤滑及設(shè)計(jì)以確?；钊M件的良好的性能及可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種活塞，其具有承受大推力負(fù)荷的大推力側(cè)及承受小推力負(fù)荷的小推力側(cè)。所述活塞包括頂部以及至少一個(gè)活塞銷座部，該活塞銷座部從所述頂部延伸并界定大體圓周的活塞銷孔表面。第一軸向槽形成在所述活塞銷孔中。所述第一軸向槽設(shè)置位于所述活塞的所述大推力側(cè)。第二軸向槽形成在所述活塞銷孔中。所述第二軸向槽設(shè)置位于所述活塞的所述小推力側(cè)。所述第二軸向槽在所述活塞銷孔內(nèi)設(shè)置得比所述第一軸向槽更接近所述頂部。
所述第一及第二軸向槽大體呈凹面形狀。所述活塞銷孔表面具有接近所述第一軸向槽設(shè)置的第一接觸區(qū)域，且所述第一軸向槽可用來對(duì)所述第一接觸區(qū)域提供潤滑劑。所述第一軸向槽具有后緣，所述后緣大體鄰近所述第一接觸區(qū)域設(shè)置。此外，所述活塞銷孔表面具有接近所述第二軸向槽設(shè)置的第二接觸區(qū)域。所述第二軸向槽可用來對(duì)所述第二接觸區(qū)域提供潤滑劑。所述第二軸向槽具有后緣，所述后緣大體鄰近所述第二接觸區(qū)域設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種活塞，其包括頂部，而第一裙部從所述頂部懸垂并承受大推力負(fù)荷。第二裙部從所述頂部懸垂并承受小推力負(fù)荷。第一銷座部與所述頂部一體形成并布置在所述第一及第二裙部之間。第二銷座部與所述頂部一體形成并與所述第一銷座部在軸向上間隔開。所述第二銷座部布置在所述第一及第二裙部之間。所述第一及第二銷座部限定出軸向延伸的活塞銷孔，該活塞銷孔具有大體圓周的表面并可用于接收活塞銷。第一軸向延伸槽形成在所述活塞銷孔中所述活塞承受大推力負(fù)荷的一側(cè)，且第二軸向延伸槽形成在所述活塞銷孔中所述活塞承受小推力負(fù)荷的一側(cè)。所述第一及第二軸向延伸槽大體呈凹面形狀，且相較于所述第一軸向延伸槽，所述第二軸向延伸槽被設(shè)置在所述活塞銷孔中更接近所述頂部。
所述第一及第二軸向延伸槽可以在所述活塞銷孔的整個(gè)長度上延伸。所述環(huán)向表面具有第一接觸區(qū)域，該第一接觸區(qū)域接近所述第一軸向延伸槽設(shè)置并可被用來提供所述活塞銷的支撐面。所述第一軸向延伸槽可被用來向所述第一接觸區(qū)域提供潤滑劑。所述第一軸向延伸槽具有后緣，所述后緣大體鄰近于所述第一接觸區(qū)域設(shè)置。所述環(huán)向表面具有第二接觸區(qū)域，該第二接觸區(qū)域接近所述第二軸向延伸槽設(shè)置并可被用來提供所述活塞銷的支撐面。所述第二軸向延伸槽可被用來向所述第二接觸區(qū)域提供潤滑劑。所述第二軸向延伸槽具有后緣，所述后緣大體鄰近于所述第二接觸區(qū)域設(shè)置。
結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述特征及優(yōu)點(diǎn)以及其他特征及優(yōu)點(diǎn)通過以下對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的詳細(xì)描述將變得清楚。


圖1是內(nèi)燃機(jī)的部分正視的局部橫向截面圖，說明了根據(jù)本發(fā)明的活塞；圖2是圖1所示活塞的仰視圖；及圖3是圖1所示活塞的銷座部分的局部視圖，說明了根據(jù)本發(fā)明的銷孔的幾何結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
參考附圖中圖1，其中示出了由標(biāo)號(hào)10總體表示的內(nèi)燃機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有氣缸套12，該氣缸套12界定有多個(gè)具有大體圓柱狀壁14的氣缸孔13，這里僅示出并描述其中一個(gè)氣缸孔。氣缸蓋16將氣缸孔13的一端封閉，該氣缸蓋16與活塞20的頂部18配合，以界定可變?nèi)莘e燃燒室22。氣缸蓋16界定有進(jìn)氣及排氣端口24及26，其分別由菌形氣門28及30選擇性地開啟。進(jìn)氣及排氣端口24及26被設(shè)置為與燃燒室22選擇性連通，以使得空氣或空氣燃料混合物進(jìn)入燃燒室22并使得燃燒產(chǎn)物從燃燒室22排放。
活塞20具有從頂部18懸垂下來的第一裙部32以及與其大體相對(duì)的第二裙部34。環(huán)形環(huán)帶部36在頂部18與第一裙部32及第二裙部34之間沿外周延伸。第一銷座部38以及相對(duì)于第一銷座部38布置的第二銷座部39(圖2所示)從頂部18懸垂或延伸并被設(shè)置在第一裙部32與第二裙部34之間。如圖1所示，環(huán)帶部36設(shè)置有多個(gè)軸向間隔開的周向活塞環(huán)槽，在本示例中，該活塞環(huán)槽由最接近頂部18延伸的第一環(huán)槽40、在遠(yuǎn)離頂部18的方向上與第一環(huán)槽40間隔開的第二環(huán)槽42、以及在更加遠(yuǎn)離頂部18的方向上與第二環(huán)槽42間隔開的第三環(huán)槽44。
第一環(huán)槽40中設(shè)置有第一壓縮環(huán)46。第二環(huán)槽42中設(shè)置有第二壓縮環(huán)48。第三環(huán)槽44中設(shè)置有刮油環(huán)50。第一壓縮環(huán)46及第二壓縮環(huán)48具有用來密封燃燒室22以防止其中的壓縮氣體逸出到曲軸箱52以及用來限制潤滑油通過以防止其從氣缸壁14進(jìn)入燃燒室22中的雙重目的。
布置活塞20以在氣缸孔13內(nèi)滑動(dòng)地往復(fù)運(yùn)動(dòng)?？衫玫谝换钊共?2及第二活塞裙部34來導(dǎo)引活塞20進(jìn)行其往復(fù)運(yùn)動(dòng)并吸收氣缸壁14可能會(huì)作用在活塞20上的推力。如上所述，頂部18形成燃燒室22的一個(gè)壁，當(dāng)活塞20運(yùn)動(dòng)時(shí)，該壁根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)中的操作所需，引起燃燒室22的擴(kuò)展或收縮。
如圖2所示，為了利用活塞20作為產(chǎn)生動(dòng)力的裝置，活塞20設(shè)置有活塞銷孔54，該活塞銷孔54具有大體圓周的銷孔表面55，并軸向延伸通過第一銷座部38及第二銷座部39?；钊N孔54被確定尺寸以接收活塞銷56。通過活塞連桿58，活塞銷56將活塞20與曲軸62的偏心曲柄60相連接?；钊?0在氣缸孔13內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起曲軸62的旋轉(zhuǎn)。隨著曲軸62的旋轉(zhuǎn)，活塞連桿58相對(duì)于氣缸孔13的角位置改變，使得在軸向方向上作用在活塞20上的力被部分地分解為在橫向相對(duì)方向交替地作用在活塞上的側(cè)向推力分量，由此造成第一活塞裙部32及第二裙部34與氣缸壁14之間的推力。因?yàn)榇蟛糠值幕钊Χ荚从谌紵?2內(nèi)的氣體壓力，故作用在活塞上的推力隨著氣體壓力而改變。因此，由燃燒氣體壓力所造成的最大推力作用在活塞一側(cè)上(稱為大推力側(cè))?；钊南鄬?duì)側(cè)(稱為小推力側(cè))具有主要由燃燒室22內(nèi)的壓縮壓力引起的較低推力，該壓縮壓力在量值上低于燃燒氣體壓力。
參考圖3，活塞銷孔54具有在活塞銷孔54的軸線方向Z上大體軸向延伸的第一槽64以及第二槽66。第一槽64以及第二槽66優(yōu)選地形成為凹面形狀并相對(duì)于銷孔表面55貼近較淺地凹入?？衫玫谝徊?4以及第二槽66來降低因活塞20上的氣體負(fù)荷所造成的活塞銷56的壓縮變形而作用在銷座部38及39(參見圖2)上的應(yīng)力。還可利用第一槽64以及第二槽66來供應(yīng)或運(yùn)送油以潤滑活塞銷56及銷孔表面55。如圖2所示，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解槽64及66可以具有任意形狀及深度，并且可以或者不在各個(gè)銷座部38及39的整個(gè)長度上延伸。
現(xiàn)在參考圖3，示出了銷座部38的部分視圖，說明了根據(jù)本發(fā)明，第一及第二槽64及66相對(duì)于銷孔表面55的優(yōu)選布置。在四沖程內(nèi)燃機(jī)中，曲軸在每個(gè)燃燒循環(huán)中必須進(jìn)行兩次全程旋轉(zhuǎn)，即旋轉(zhuǎn)720度。第一個(gè)180度旋轉(zhuǎn)是膨脹或作功沖程。在作功沖程期間，迅速膨脹的燃燒氣體將力施加在活塞上，迫使活塞從上止點(diǎn)(TDC)位置或沖程的頂端行進(jìn)至下止點(diǎn)(BDC)位置或沖程的底端。正是在作功沖程期間，燃料空氣混合氣的化學(xué)能被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。從180度至360度的旋轉(zhuǎn)是排氣沖程。在排氣沖程期間，活塞從BDC位置移動(dòng)至TDC位置，迫使燃燒后的氣體或燃燒產(chǎn)物離開氣缸。從360度至540度的旋轉(zhuǎn)是進(jìn)氣沖程，其中隨著活塞從TDC位置移動(dòng)至BDC位置，空氣燃料混合物被引入氣缸。從540度至720度的旋轉(zhuǎn)是壓縮沖程。在壓縮沖程期間，隨著活塞從BDC位置移動(dòng)至TDC位置，空氣燃料混合物被壓縮，隨后重復(fù)該循環(huán)。
對(duì)于上止點(diǎn)后(ATDC)小于約680度的曲柄轉(zhuǎn)角，即在開始膨脹或作功沖程之前約為40度，作用在活塞20上的氣體壓力以及慣性力使得活塞銷56在如圖3中虛線括弧所示的接觸區(qū)域68處接觸銷座部分38。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)過約680度ATDC時(shí)，因燃燒的燃料空氣混合物的迅速膨脹而作用在活塞上的空氣壓力會(huì)引起活塞銷56在箭頭72所示的路徑上橫過銷孔54，并在虛線括弧所示的接觸區(qū)域70處接觸銷座部分38。在特定運(yùn)行環(huán)境下，當(dāng)活塞銷56從接觸區(qū)域68移動(dòng)至接觸區(qū)域70或者從接觸區(qū)域68向接觸區(qū)域70定向時(shí)可能會(huì)發(fā)出噪音。通過減小活塞銷56與銷孔54之間的間隙可以降低這種噪音，但是因較緊的容差而導(dǎo)致的潤滑潛在的減少會(huì)導(dǎo)致活塞銷56與銷孔表面55之間的金屬與金屬接觸或刮傷。圖3的箭頭74表示在銷孔54內(nèi)活塞銷56的相對(duì)轉(zhuǎn)向。
在優(yōu)選實(shí)施例中，位于活塞的大推力側(cè)的槽64會(huì)鄰近接觸區(qū)域68設(shè)置，使得隨著活塞銷56在銷孔54內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，接觸區(qū)域68的潤滑得以改善。通過增加在接觸區(qū)域68處的潤滑劑的量，在接觸區(qū)域68上所形成的彈性流體動(dòng)力學(xué)(EHD)潤滑膜的厚度會(huì)有效地減小活塞銷56與銷孔54之間的間隙。類似的，位于活塞的小推力側(cè)的槽66會(huì)鄰近接觸區(qū)域70設(shè)置，使得隨著活塞銷56在銷孔54內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，接觸區(qū)域70的潤滑得以改善。通過增加可運(yùn)送至接觸區(qū)域70的潤滑劑的量，在接觸區(qū)域70上所形成的EHD潤滑膜的厚度會(huì)有效地減小活塞銷56與銷孔54之間的間隙。優(yōu)選的，各個(gè)槽64及66的后緣76及78不會(huì)分別與接觸區(qū)域68及70相交。通過設(shè)置不對(duì)稱槽結(jié)構(gòu)，即在活塞銷孔表面55內(nèi)，大推力側(cè)槽64布置得比小推力側(cè)槽66更遠(yuǎn)離頂部18，會(huì)改進(jìn)活塞銷56與銷孔54之間接觸面的噪音特性及抗刮傷性能。槽64及66的上述結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于固定銷活塞及浮動(dòng)銷活塞結(jié)構(gòu)兩者。盡管涉及槽64及66的布置的描述集中于銷座部38，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解上述描述同樣適用于銷座部39。
雖然已經(jīng)對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行了描述，但熟悉本發(fā)明的領(lǐng)域的技術(shù)人員可以構(gòu)思出落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)用于實(shí)施本發(fā)明的各種替代設(shè)計(jì)及實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種活塞，具有承受大推力負(fù)荷的大推力側(cè)及承受小推力負(fù)荷的小推力側(cè)，所述活塞包括頂部；至少一個(gè)活塞銷座部，該活塞銷座部從所述頂部延伸并限定出大體圓周的活塞銷孔表面；第一軸向槽，該第一軸向槽形成在所述活塞銷孔表面中，所述第一軸向槽設(shè)置在所述活塞的所述大推力側(cè)上；第二軸向槽，該第二軸向槽形成在所述活塞銷孔表面中，所述第二軸向槽設(shè)置在所述活塞的所述小推力側(cè)上；且其中所述第二軸向槽設(shè)置為比所述第一軸向槽更接近所述頂部。
2.如權(quán)利要求1所述的活塞，其中所述第一及第二軸向槽大體呈凹面形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的活塞，其中所述活塞銷孔表面具有接近所述第一軸向槽設(shè)置的第一接觸區(qū)域，所述第一軸向槽可用來對(duì)所述第一接觸區(qū)域提供潤滑劑。
4.如權(quán)利要求3所述的活塞，其中所述第一軸向槽具有后緣，所述后緣大體鄰近所述第一接觸區(qū)域設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的活塞，其中所述活塞銷孔表面具有接近所述第二軸向槽設(shè)置的第二接觸區(qū)域，所述第二軸向槽可用來對(duì)所述第二接觸區(qū)域提供潤滑劑。
6.如權(quán)利要求5所述的活塞，其中所述第二軸向槽具有后緣，所述后緣大體鄰近所述第二接觸區(qū)域設(shè)置。
7.一種活塞，包括頂部；從所述頂部懸垂并承受大推力負(fù)荷的第一裙部；從所述頂部懸垂并承受小推力負(fù)荷的第二裙部；第一銷座部，該第一銷座部與所述頂部一體形成并布置在所述第一及第二裙部之間；第二銷座部，該第二銷座部與所述頂部一體形成并與所述第一銷座部在軸向上間隔開，所述第二銷座部布置在所述第一及第二裙部之間；其中所述第一及第二銷座部限定出軸向延伸的活塞銷孔，該活塞銷孔具有大體圓周的表面并可用于接收活塞銷；第一軸向延伸槽，該第一軸向延伸槽在所述活塞承受大推力負(fù)荷的一側(cè)上形成在所述活塞銷孔中，以及第二軸向延伸槽，該第二軸向延伸槽在所述活塞承受小推力負(fù)荷的一側(cè)上形成在所述活塞銷孔中；其中所述第一及第二軸向延伸槽大體呈凹面形狀；且其中所述第二軸向延伸槽在所述活塞銷孔中設(shè)置為比所述第一軸向延伸槽更接近所述頂部。
8.如權(quán)利要求7所述的活塞，其中所述第一及第二軸向延伸槽在所述活塞銷孔的整個(gè)長度上延伸。
9.如權(quán)利要求7所述的活塞，其中所述圓周表面具有第一接觸區(qū)域，該第一接觸區(qū)域接近所述第一軸向延伸槽設(shè)置并可被用來提供所述活塞銷的支撐面，所述第一軸向延伸槽可被用來向所述第一接觸區(qū)域提供潤滑劑。
10.如權(quán)利要求9所述的活塞，其中所述第一軸向延伸槽具有后緣，所述后緣大體鄰近于所述第一接觸區(qū)域設(shè)置。
11.如權(quán)利要求7所述的活塞，其中所述環(huán)向表面具有第二接觸區(qū)域，該第二接觸區(qū)域接近所述第二軸向延伸槽設(shè)置并可被用來提供所述活塞銷的支撐面，所述第二軸向延伸槽可被用來向所述第二接觸區(qū)域提供潤滑劑。
12.如權(quán)利要求11所述的活塞，其中所述第二軸向延伸槽具有后緣，所述后緣大體鄰近于所述第二接觸區(qū)域設(shè)置。
13.一種活塞，包括頂部；從所述頂部懸垂并承受大推力負(fù)荷的第一裙部；從所述頂部懸垂并承受小推力負(fù)荷的第二裙部；第一銷座部，該第一銷座部與所述頂部一體形成并布置在所述第一及第二裙部之間；第二銷座部，該第二銷座部與所述頂部一體形成并與所述第一銷座部在軸向上間隔開，所述第二銷座部布置在所述第一及第二裙部之間；其中所述第一及第二銷座部限定出軸向延伸的活塞銷孔，該活塞銷孔具有大體圓周的表面并可用于接收活塞銷；第一軸向延伸槽，該第一軸向延伸槽在所述活塞承受大推力負(fù)荷的一側(cè)上形成在所述活塞銷孔中，以及第二軸向延伸槽，該第二軸向延伸槽在所述活塞承受小推力負(fù)荷的一側(cè)上形成在所述活塞銷孔中；其中所述第一及第二軸向延伸槽大體呈凹面形狀；其中所述第二軸向延伸槽在所述活塞銷孔中設(shè)置為比所述第一軸向延伸槽更接近所述頂部；且其中所述第一及第二軸向延伸槽在所述活塞銷孔的整個(gè)長度上延伸。
14.如權(quán)利要求13所述的活塞，其中所述環(huán)向表面具有第一接觸區(qū)域，該第一接觸區(qū)域接近所述第一軸向延伸槽設(shè)置并可被用來提供所述活塞銷的支撐面，所述第一軸向延伸槽可被用來向所述第一接觸區(qū)域提供潤滑劑。
15.如權(quán)利要求14所述的活塞，其中所述第一軸向延伸槽具有后緣，所述后緣大體鄰近于所述第一接觸區(qū)域設(shè)置。
16.如權(quán)利要求13所述的活塞，其中所述環(huán)向表面具有第二接觸區(qū)域，該第二接觸區(qū)域接近所述第二軸向延伸槽設(shè)置并可被用來提供所述活塞銷的支撐面，所述第二軸向延伸槽可被用來向所述第二接觸區(qū)域提供潤滑劑。
17.如權(quán)利要求16所述的活塞，其中所述第二軸向延伸槽具有后緣，所述后緣大體鄰近于所述第二接觸區(qū)域設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活塞，其具有承受大推力負(fù)荷的第一側(cè)以及承受小推力負(fù)荷的第二側(cè)。該活塞具有頂部以及從該頂部懸垂的第一及第二銷座部。軸向延伸銷孔設(shè)置在該第一及第二銷座部內(nèi)。第一軸向延伸槽在第一側(cè)上設(shè)置在活塞銷孔內(nèi)。此外，第二軸向延伸槽在活塞的第二側(cè)上設(shè)置在活塞銷孔。相較于第一軸向延伸槽，第二軸向延伸槽更接近于頂部布置。第一及第二軸向延伸槽大體呈凹面形狀。
文檔編號(hào)F02F3/00GK1959092SQ20061014322
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月31日
發(fā)明者K·E·施羅伊德 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司