专利名称：具有不对称销孔槽布置的活塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的活塞。
背景技术：
内燃机会利用被安装用于在相应气缸内往复运动的活塞。将活塞安装在气缸内需要使用活塞连杆，该活塞连杆具有枢转连接至旋转曲轴的下端以及类似地附装至活塞销的上端，活塞销在活塞销座部分内的径向销孔中延伸。典型活塞中的活塞销在其端部由销座支撑，使得活塞销起枢轴的作用而销孔起支撑轴承的作用。活塞连杆的上端在其活塞支撑端中间与活塞销配合，由此完成活塞与旋转曲轴的连接。活塞的销到销孔的接触面是高应力区域，要求合适的润滑及设计以确保活塞组件的良好的性能及可靠性。
发明内容
提供了一种活塞，其具有承受大推力负荷的大推力侧及承受小推力负荷的小推力侧。所述活塞包括顶部以及至少一个活塞销座部，该活塞销座部从所述顶部延伸并界定大体圆周的活塞销孔表面。第一轴向槽形成在所述活塞销孔中。所述第一轴向槽设置位于所述活塞的所述大推力侧。第二轴向槽形成在所述活塞销孔中。所述第二轴向槽设置位于所述活塞的所述小推力侧。所述第二轴向槽在所述活塞销孔内设置得比所述第一轴向槽更接近所述顶部。
所述第一及第二轴向槽大体呈凹面形状。所述活塞销孔表面具有接近所述第一轴向槽设置的第一接触区域，且所述第一轴向槽可用来对所述第一接触区域提供润滑剂。所述第一轴向槽具有后缘，所述后缘大体邻近所述第一接触区域设置。此外，所述活塞销孔表面具有接近所述第二轴向槽设置的第二接触区域。所述第二轴向槽可用来对所述第二接触区域提供润滑剂。所述第二轴向槽具有后缘，所述后缘大体邻近所述第二接触区域设置。
根据本发明的另一方面，提供了一种活塞，其包括顶部，而第一裙部从所述顶部悬垂并承受大推力负荷。第二裙部从所述顶部悬垂并承受小推力负荷。第一销座部与所述顶部一体形成并布置在所述第一及第二裙部之间。第二销座部与所述顶部一体形成并与所述第一销座部在轴向上间隔开。所述第二销座部布置在所述第一及第二裙部之间。所述第一及第二销座部限定出轴向延伸的活塞销孔，该活塞销孔具有大体圆周的表面并可用于接收活塞销。第一轴向延伸槽形成在所述活塞销孔中所述活塞承受大推力负荷的一侧，且第二轴向延伸槽形成在所述活塞销孔中所述活塞承受小推力负荷的一侧。所述第一及第二轴向延伸槽大体呈凹面形状，且相较于所述第一轴向延伸槽，所述第二轴向延伸槽被设置在所述活塞销孔中更接近所述顶部。
所述第一及第二轴向延伸槽可以在所述活塞销孔的整个长度上延伸。所述环向表面具有第一接触区域，该第一接触区域接近所述第一轴向延伸槽设置并可被用来提供所述活塞销的支撑面。所述第一轴向延伸槽可被用来向所述第一接触区域提供润滑剂。所述第一轴向延伸槽具有后缘，所述后缘大体邻近于所述第一接触区域设置。所述环向表面具有第二接触区域，该第二接触区域接近所述第二轴向延伸槽设置并可被用来提供所述活塞销的支撑面。所述第二轴向延伸槽可被用来向所述第二接触区域提供润滑剂。所述第二轴向延伸槽具有后缘，所述后缘大体邻近于所述第二接触区域设置。
结合附图，本发明的上述特征及优点以及其他特征及优点通过以下对实施本发明的最佳模式的详细描述将变得清楚。
图1是内燃机的部分正视的局部横向截面图，说明了根据本发明的活塞；图2是图1所示活塞的仰视图；及图3是图1所示活塞的销座部分的局部视图，说明了根据本发明的销孔的几何结构。
具体实施例方式
参考附图中图1，其中示出了由标号10总体表示的内燃机。发动机10具有气缸套12，该气缸套12界定有多个具有大体圆柱状壁14的气缸孔13，这里仅示出并描述其中一个气缸孔。气缸盖16将气缸孔13的一端封闭，该气缸盖16与活塞20的顶部18配合，以界定可变容积燃烧室22。气缸盖16界定有进气及排气端口24及26，其分别由菌形气门28及30选择性地开启。进气及排气端口24及26被设置为与燃烧室22选择性连通，以使得空气或空气燃料混合物进入燃烧室22并使得燃烧产物从燃烧室22排放。
活塞20具有从顶部18悬垂下来的第一裙部32以及与其大体相对的第二裙部34。环形环带部36在顶部18与第一裙部32及第二裙部34之间沿外周延伸。第一销座部38以及相对于第一销座部38布置的第二销座部39(图2所示)从顶部18悬垂或延伸并被设置在第一裙部32与第二裙部34之间。如图1所示，环带部36设置有多个轴向间隔开的周向活塞环槽，在本示例中，该活塞环槽由最接近顶部18延伸的第一环槽40、在远离顶部18的方向上与第一环槽40间隔开的第二环槽42、以及在更加远离顶部18的方向上与第二环槽42间隔开的第三环槽44。
第一环槽40中设置有第一压缩环46。第二环槽42中设置有第二压缩环48。第三环槽44中设置有刮油环50。第一压缩环46及第二压缩环48具有用来密封燃烧室22以防止其中的压缩气体逸出到曲轴箱52以及用来限制润滑油通过以防止其从气缸壁14进入燃烧室22中的双重目的。
布置活塞20以在气缸孔13内滑动地往复运动。可利用第一活塞裙部32及第二活塞裙部34来导引活塞20进行其往复运动并吸收气缸壁14可能会作用在活塞20上的推力。如上所述，顶部18形成燃烧室22的一个壁，当活塞20运动时，该壁根据内燃机工作循环中的操作所需，引起燃烧室22的扩展或收缩。
如图2所示，为了利用活塞20作为产生动力的装置，活塞20设置有活塞销孔54，该活塞销孔54具有大体圆周的销孔表面55，并轴向延伸通过第一销座部38及第二销座部39。活塞销孔54被确定尺寸以接收活塞销56。通过活塞连杆58，活塞销56将活塞20与曲轴62的偏心曲柄60相连接。活塞20在气缸孔13内的往复运动引起曲轴62的旋转。随着曲轴62的旋转，活塞连杆58相对于气缸孔13的角位置改变，使得在轴向方向上作用在活塞20上的力被部分地分解为在横向相对方向交替地作用在活塞上的侧向推力分量，由此造成第一活塞裙部32及第二裙部34与气缸壁14之间的推力。因为大部分的活塞力都源于燃烧室22内的气体压力，故作用在活塞上的推力随着气体压力而改变。因此，由燃烧气体压力所造成的最大推力作用在活塞一侧上(称为大推力侧)。活塞的相对侧(称为小推力侧)具有主要由燃烧室22内的压缩压力引起的较低推力，该压缩压力在量值上低于燃烧气体压力。
参考图3，活塞销孔54具有在活塞销孔54的轴线方向Z上大体轴向延伸的第一槽64以及第二槽66。第一槽64以及第二槽66优选地形成为凹面形状并相对于销孔表面55贴近较浅地凹入。可利用第一槽64以及第二槽66来降低因活塞20上的气体负荷所造成的活塞销56的压缩变形而作用在销座部38及39(参见图2)上的应力。还可利用第一槽64以及第二槽66来供应或运送油以润滑活塞销56及销孔表面55。如图2所示，本领域的技术人员可以理解槽64及66可以具有任意形状及深度，并且可以或者不在各个销座部38及39的整个长度上延伸。
现在参考图3，示出了销座部38的部分视图，说明了根据本发明，第一及第二槽64及66相对于销孔表面55的优选布置。在四冲程内燃机中，曲轴在每个燃烧循环中必须进行两次全程旋转，即旋转720度。第一个180度旋转是膨胀或作功冲程。在作功冲程期间，迅速膨胀的燃烧气体将力施加在活塞上，迫使活塞从上止点(TDC)位置或冲程的顶端行进至下止点(BDC)位置或冲程的底端。正是在作功冲程期间，燃料空气混合气的化学能被转化为机械能。从180度至360度的旋转是排气冲程。在排气冲程期间，活塞从BDC位置移动至TDC位置，迫使燃烧后的气体或燃烧产物离开气缸。从360度至540度的旋转是进气冲程，其中随着活塞从TDC位置移动至BDC位置，空气燃料混合物被引入气缸。从540度至720度的旋转是压缩冲程。在压缩冲程期间，随着活塞从BDC位置移动至TDC位置，空气燃料混合物被压缩，随后重复该循环。
对于上止点后(ATDC)小于约680度的曲柄转角，即在开始膨胀或作功冲程之前约为40度，作用在活塞20上的气体压力以及惯性力使得活塞销56在如图3中虚线括弧所示的接触区域68处接触销座部分38。当曲轴转过约680度ATDC时，因燃烧的燃料空气混合物的迅速膨胀而作用在活塞上的空气压力会引起活塞销56在箭头72所示的路径上横过销孔54，并在虚线括弧所示的接触区域70处接触销座部分38。在特定运行环境下，当活塞销56从接触区域68移动至接触区域70或者从接触区域68向接触区域70定向时可能会发出噪音。通过减小活塞销56与销孔54之间的间隙可以降低这种噪音，但是因较紧的容差而导致的润滑潜在的减少会导致活塞销56与销孔表面55之间的金属与金属接触或刮伤。图3的箭头74表示在销孔54内活塞销56的相对转向。
在优选实施例中，位于活塞的大推力侧的槽64会邻近接触区域68设置，使得随着活塞销56在销孔54内的旋转，接触区域68的润滑得以改善。通过增加在接触区域68处的润滑剂的量，在接触区域68上所形成的弹性流体动力学(EHD)润滑膜的厚度会有效地减小活塞销56与销孔54之间的间隙。类似的，位于活塞的小推力侧的槽66会邻近接触区域70设置，使得随着活塞销56在销孔54内的旋转，接触区域70的润滑得以改善。通过增加可运送至接触区域70的润滑剂的量，在接触区域70上所形成的EHD润滑膜的厚度会有效地减小活塞销56与销孔54之间的间隙。优选的，各个槽64及66的后缘76及78不会分别与接触区域68及70相交。通过设置不对称槽结构，即在活塞销孔表面55内，大推力侧槽64布置得比小推力侧槽66更远离顶部18，会改进活塞销56与销孔54之间接触面的噪音特性及抗刮伤性能。槽64及66的上述结构可以应用于固定销活塞及浮动销活塞结构两者。尽管涉及槽64及66的布置的描述集中于销座部38，但本领域的技术人员可以理解上述描述同样适用于销座部39。
虽然已经对实施本发明的最佳方式进行了描述，但熟悉本发明的领域的技术人员可以构思出落入所附权利要求范围内用于实施本发明的各种替代设计及实施例。
权利要求
1.一种活塞，具有承受大推力负荷的大推力侧及承受小推力负荷的小推力侧，所述活塞包括顶部；至少一个活塞销座部，该活塞销座部从所述顶部延伸并限定出大体圆周的活塞销孔表面；第一轴向槽，该第一轴向槽形成在所述活塞销孔表面中，所述第一轴向槽设置在所述活塞的所述大推力侧上；第二轴向槽，该第二轴向槽形成在所述活塞销孔表面中，所述第二轴向槽设置在所述活塞的所述小推力侧上；且其中所述第二轴向槽设置为比所述第一轴向槽更接近所述顶部。
2.如权利要求1所述的活塞，其中所述第一及第二轴向槽大体呈凹面形状。
3.如权利要求1所述的活塞，其中所述活塞销孔表面具有接近所述第一轴向槽设置的第一接触区域，所述第一轴向槽可用来对所述第一接触区域提供润滑剂。
4.如权利要求3所述的活塞，其中所述第一轴向槽具有后缘，所述后缘大体邻近所述第一接触区域设置。
5.如权利要求1所述的活塞，其中所述活塞销孔表面具有接近所述第二轴向槽设置的第二接触区域，所述第二轴向槽可用来对所述第二接触区域提供润滑剂。
6.如权利要求5所述的活塞，其中所述第二轴向槽具有后缘，所述后缘大体邻近所述第二接触区域设置。
7.一种活塞，包括顶部；从所述顶部悬垂并承受大推力负荷的第一裙部；从所述顶部悬垂并承受小推力负荷的第二裙部；第一销座部，该第一销座部与所述顶部一体形成并布置在所述第一及第二裙部之间；第二销座部，该第二销座部与所述顶部一体形成并与所述第一销座部在轴向上间隔开，所述第二销座部布置在所述第一及第二裙部之间；其中所述第一及第二销座部限定出轴向延伸的活塞销孔，该活塞销孔具有大体圆周的表面并可用于接收活塞销；第一轴向延伸槽，该第一轴向延伸槽在所述活塞承受大推力负荷的一侧上形成在所述活塞销孔中，以及第二轴向延伸槽，该第二轴向延伸槽在所述活塞承受小推力负荷的一侧上形成在所述活塞销孔中；其中所述第一及第二轴向延伸槽大体呈凹面形状；且其中所述第二轴向延伸槽在所述活塞销孔中设置为比所述第一轴向延伸槽更接近所述顶部。
8.如权利要求7所述的活塞，其中所述第一及第二轴向延伸槽在所述活塞销孔的整个长度上延伸。
9.如权利要求7所述的活塞，其中所述圆周表面具有第一接触区域，该第一接触区域接近所述第一轴向延伸槽设置并可被用来提供所述活塞销的支撑面，所述第一轴向延伸槽可被用来向所述第一接触区域提供润滑剂。
10.如权利要求9所述的活塞，其中所述第一轴向延伸槽具有后缘，所述后缘大体邻近于所述第一接触区域设置。
11.如权利要求7所述的活塞，其中所述环向表面具有第二接触区域，该第二接触区域接近所述第二轴向延伸槽设置并可被用来提供所述活塞销的支撑面，所述第二轴向延伸槽可被用来向所述第二接触区域提供润滑剂。
12.如权利要求11所述的活塞，其中所述第二轴向延伸槽具有后缘，所述后缘大体邻近于所述第二接触区域设置。
13.一种活塞，包括顶部；从所述顶部悬垂并承受大推力负荷的第一裙部；从所述顶部悬垂并承受小推力负荷的第二裙部；第一销座部，该第一销座部与所述顶部一体形成并布置在所述第一及第二裙部之间；第二销座部，该第二销座部与所述顶部一体形成并与所述第一销座部在轴向上间隔开，所述第二销座部布置在所述第一及第二裙部之间；其中所述第一及第二销座部限定出轴向延伸的活塞销孔，该活塞销孔具有大体圆周的表面并可用于接收活塞销；第一轴向延伸槽，该第一轴向延伸槽在所述活塞承受大推力负荷的一侧上形成在所述活塞销孔中，以及第二轴向延伸槽，该第二轴向延伸槽在所述活塞承受小推力负荷的一侧上形成在所述活塞销孔中；其中所述第一及第二轴向延伸槽大体呈凹面形状；其中所述第二轴向延伸槽在所述活塞销孔中设置为比所述第一轴向延伸槽更接近所述顶部；且其中所述第一及第二轴向延伸槽在所述活塞销孔的整个长度上延伸。
14.如权利要求13所述的活塞，其中所述环向表面具有第一接触区域，该第一接触区域接近所述第一轴向延伸槽设置并可被用来提供所述活塞销的支撑面，所述第一轴向延伸槽可被用来向所述第一接触区域提供润滑剂。
15.如权利要求14所述的活塞，其中所述第一轴向延伸槽具有后缘，所述后缘大体邻近于所述第一接触区域设置。
16.如权利要求13所述的活塞，其中所述环向表面具有第二接触区域，该第二接触区域接近所述第二轴向延伸槽设置并可被用来提供所述活塞销的支撑面，所述第二轴向延伸槽可被用来向所述第二接触区域提供润滑剂。
17.如权利要求16所述的活塞，其中所述第二轴向延伸槽具有后缘，所述后缘大体邻近于所述第二接触区域设置。
全文摘要
本发明涉及一种活塞，其具有承受大推力负荷的第一侧以及承受小推力负荷的第二侧。该活塞具有顶部以及从该顶部悬垂的第一及第二销座部。轴向延伸销孔设置在该第一及第二销座部内。第一轴向延伸槽在第一侧上设置在活塞销孔内。此外，第二轴向延伸槽在活塞的第二侧上设置在活塞销孔。相较于第一轴向延伸槽，第二轴向延伸槽更接近于顶部布置。第一及第二轴向延伸槽大体呈凹面形状。
文档编号F02F3/00GK1959092SQ20061014322
公开日2007年5月9日 申请日期2006年10月31日 优先权日2005年10月31日
发明者K·E·施罗伊德 申请人:通用汽车环球科技运作公司