专利名称：活塞和连杆组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，特别是在活塞和连杆间采用了新的连接的活塞组件。
背景技术：
内燃机的点火发生在活塞将要到达“上死点”之时。发生燃烧要伴随着燃烧室内混合物质的极大膨胀。
在尽可能高的压力下产生燃烧是有利的。发动机通常设计为具有8∶1至9∶1的压缩比。但是随着活塞的下降燃烧仍在进行，相应地，燃烧室内的压力自最佳点降低。这造成燃料的不完全燃烧，随后导致功率损失和污染问题。。
国际申请PCT/CA92/00522中公开的是针对上述问题的活塞杆和活塞连接。活塞杆的上端有一个凸起的部分与活塞顶的下侧相接触。当连杆转动一个角度时，使活塞从连杆的另一端移开。
发明目的类似的机构亦公开于美国专利1,431,617、4,515,441、2,260,240和2,574,934之中。
本发明的目的是从本质上改进先有技术中活塞组件的一些不足之处，或者说是为传统的活塞和连杆设计提供一种有意义的替代方案。
发明概括在此所公开的是用于内燃机的活塞和连杆组件，上述组件包括带有活塞顶的活塞；带有活塞端和曲柄端的连杆；以及多个邻接表面，在上述活塞相对于上述活塞端转过一预定角度的过程中，使上述活塞顶部分纵向运动离开上述活塞端。
附图的简要说明
图1是连杆和活塞的示意性侧视剖面图。
图2是图1的连杆和活塞端面的示意性剖面图；图3是活塞和连杆的横截面图，其中在连杆的活塞端和活塞的凸轮表面都装有支承装置；图4是图3中所描绘装置沿1-1线的横截面图；图5是活塞和连杆的横截面图，采用了根据本发明的理论的保持活塞的装置；图6是图5中所示装置沿3-3线的横截面图；图7是活塞和连杆的横截面图，根据本发明的理论它有一个与活塞相联的钩状保持装置；图8是图6中所绘装置沿5-5线的横截面图；图9是图5和图6中所示保持装置的侧视图；图10是连杆和活塞的示意性侧视剖面图；图11是图10中连杆端面的示意性剖面图；图12是连杆和活塞的示意性侧视剖面图；图13是图12中连杆和活塞端面的示意性剖面视图；图14是连杆和活塞的示意性侧剖面视图15是图14中连杆和活塞端面的示意性剖面图；图16是图14中连杆和活塞之一部分的示意性零件分解图；图17是连杆和活塞的示意性侧面图；图18是图17中连杆和活塞端面的示意图；图19是图17和图18中连杆的示意性零件分解透视图；图20是图17和图18中连杆和活塞的示意性侧剖面图。
实现本发明的最佳方式及其实施例附图中示意性地绘出了活塞和连杆组件10。该组件10包括带有曲柄端12和活塞端13的连杆11，曲柄端12与曲轴相配合。连杆11通过活塞销15与活塞14相连，它不仅能使活塞14和连杆11相互之间转动一个角度，而且还允许活塞14沿连杆11的纵向进行纵向运动。这种纵向运动靠活塞销15和活塞或者活塞销15与连杆之间的径向间隙来满足。
连杆11的活塞端有带凹槽17的承窝16，其中承纳圆形支承件18，它可具有球形或圆柱形的外形结构。
活塞14有活塞顶19，带凸轮表面21的凸轮20位于其下。凸轮表面21有第一部分22，从此处可导往第二部分23。凸轮表面22和23与支承件相配合，引起活塞14相对于连杆11的纵向运动。特别是，当元件18与表面23相配合时，活塞14相对于连杆11运动。
表面22和23的形状设计为，在连杆11按一预定角度转动过程中，活塞14将从连杆11的端部12移开。
当组件10用于内燃机时，特别是当燃烧发生时，由于连杆11随曲轴转动和移动，元件18沿表面22运动而与表面23相配合。这种相互作用使活塞14自端部12移开。
由于活塞14在连杆11开始转动时即自端部12移开，所以燃烧室的容积保持恒定而与连杆11的角度运动无关。这有两个效果，第一，燃烧在高压下发生(因为燃烧室的容积保持恒定或基本恒定)；第二，在曲轴处于一较好位置以接受来自连杆11的动力时燃烧气体才膨胀。那就是对应于燃烧室内产生的压力，活塞的运动有一个滞后。
为了防止当不需要活塞14相对于连杆11纵向运动时产生这种运动，提供了凸轮顶杆24，它由活塞销27中通孔26内的轴25支撑。该凸轮顶杆24相对于连杆11固定，所以随其一同转动。凸轮顶杆24与凸轮表面28相配合。靠近凸轮表面28处有凹腔29，当允许活塞14相对于连杆11运动时，凸轮顶杆24伸入其中。例如，当活塞处于“上死点”时凸轮顶杆29开始松开活塞14使之运动。这可以保证在排气冲程末端活塞相对于连杆11将保持在其正确的位置上。而在动力冲程中，如上所述，活塞14将被松开，相对于连杆11运动。
在每个压缩或排气冲程过程中，凸轮顶杆24与凸轮表面28将保持配合；而在每个动力(膨胀)或吸气冲程过程的开始阶段(至少是这样)，凸轮顶杆24则处于凹腔29内。这适用于四冲程活塞发动机。
凸轮表面28是活塞裙30的一部分或固定在它上面。
上述优选实施例的优点有，由于得以燃烧的燃料的比例增加，以及燃烧气体能在曲轴处于较好的为连杆11所驱动的位置时进行膨胀，所以功率输出提高了。本优选实施例还有一个优点是减少了未燃烧的燃料及随之带来的污染的减少。
如图3和图4所示，其中示意性地绘出了活塞和连杆组件40。组件10包括带有曲柄端42和活塞端43的连杆41，其中曲柄端42与曲轴相配合。连杆41通过活塞销45联接在活塞44上，活塞销45不仅允许有活塞44和连杆41之间的角度转动，还允许有活塞14至少沿连杆的长轴46的纵向运动。
连杆41活塞端顶头上有一承窝或凹槽47，其中承纳支承件18，它可具有球形外形或圆柱形外形。
活塞44有活塞顶49，带有凸轮表面51的凸轮50位于其下。正如上面作为参考的假定的应用情况中所述，凸轮表面51与支承件47相配合，造成活塞44相对于连杆41的纵向运动。如图3和图4所示，在某些应用场合，在凸轮50和凸轮表面51上设置第二支承件60(或作为其一部分)是有利的。这种方式造成了支承件47和60之间轴承与轴承式的接触。它具有减少摩擦及减少处于接触中的活塞与连杆的表面之间的磨损的效果。
一种限制所不希望的活塞相对于连杆的纵向运动的装置示于图5至图9之中。可以理解，在一个四冲程发动机的动力冲程过程中，气缸内的膨胀力会加强可纵向滑动的活塞与连杆间的接触。但是，在吸入冲程过程中，支承件48与凸轮50之间可能会失去接触。为了消除凸轮50和支承件48之间的间隙，保持架70刚性地悬挂于活塞销45之下。这可由一组刚性的柱或板71来实现。保持架70最好是一条轨道或一对跨在连杆上的平行轨道。如更清楚地示于图9的那样，保持架70的外缘由两特殊的弧形表面77和72构成，它们与凸轮50的接触表面52、53相配合，在例如动力冲程过程中允许活塞纵向位移；而在吸气冲程中限制活塞的纵向移动，从而保持活塞与连杆间的接触。为此，圆柱形支承件80于活塞销45之下联接到连杆上，保持架70与连杆41间的接触就发生在支承件80的表面上。
另一种阻止所不希望的活塞纵向运动的方法示于图7和图8。在这另一种限制形式中，在连杆41活塞端上活塞销45的上方设置有第二支承件90。钩状保持架100形成于或联接到活塞44的内表面上。该钩状保持架可作为凸轮50的一部分。该钩状保持架可包括一对跨在连杆上的钩状元件。在吸气冲程过程中，圆柱支承件46与钩状保持架81的内表面82相配合，因此在连杆41和活塞杆44之间没有过分的自由运动或纵向运动。
在图10和图11中示意性地绘出了活塞和连杆组件100。该组件100包括带有与曲轴相配合的曲柄端102和活塞端103的连杆101。连杆101通过活塞销105与活塞104相联，它不仅允许有活塞104和连杆101间的角度转动；还允许有活塞104在连杆101纵向上的纵向移动。
活塞104包括大致圆柱形的裙部131和顶部132。
连杆101的活塞端上有一带有表面107的承窝106，具有与表面107滑动配合的外表面109的支承件108承纳其中。支承件108有一个与第二支承件111相配合的呈平面状上表面110。支承件111配合于承窝112之内，承窝112随之还有一与之相配的表面113。表面107和109最好是圆柱面的一部分。支承件111有一上表面114，它及与之配合的表面113也是圆柱面的一部分。支承件111有大致为平面的表面115与表面110相配合。支承件111在其承窝112内可以滑动。
承窝112位于顶部132之下，它与支承件108和111相配合，在连杆101处于某特定角度位置过程中使顶部132抬起。由于连杆101在曲轴的作用下旋转，承窝106相对于纵轴116横向运动，且由于承窝106与中心117相距一段距离，承窝106使支承件108上升。支承件108顶起支承件111，它随之再顶起顶部132。支承件108相对于支承件111的横向运动通过相互配合的滑动表面110和115来调节。对于这一点，活塞销105相对于连杆101的活塞端103有径向间隙118也是有利的。
支承件108和113的相对运动导致了它们相对于各自邻接表面113和106的转动和滑动。
图12和图13中示出了组件100的改进型。在此实施例中，承窝106更加偏离轴116。相应地，当连杆101转动时，承窝106起到杠杆的作用，通过支承件119抬起顶部132。支承件119呈椭圆形，有两个弯曲端120和121。端头120承纳于承窝102中，而端头211承纳于活塞104上的承窝122中。当连杆107本身做角度摆动时，支承件119亦将做角度摆动。
图14至图16中所示也是组件100的一种改进形式。在此实施例中，特别示出了支承件130。该元件130承纳于连杆101上的承窝131之内，而在本例中该承窝大致处于纵轴116附近。支承件130有一连杆端132和一活塞端133。活塞端133承纳于活塞顶部下面的承窝134之中。端部132和133是弧形的且与曲面135和136相配合。
支承件130有一中心孔136，保持架137从其中穿过，以保证支承件130相对于连杆101被保持。
当连杆101角度摆动时，支承件130也角度摆动，使活塞顶自连杆处移开。
图17、18和19中示意性地示出了活塞和连杆组件140。组件140包括连杆141，连杆141将活塞142联接到往复式内燃发动机的曲轴上。连杆141包括一对导向块143，承纳于圆形支承件144之内。更确切地，每个支承件144上都有一细长矩形狭槽145。每个狭槽145均有纵向侧面146，与导向块143的长侧面147呈滑动配合。而且，导向块143的总长度(在连杆141延伸的纵向上的伸展距离)短于侧面146的长度。相应地，导向块143在其与侧面146相配合时可沿狭槽145纵向运动。自导向块147横向向外伸出的是销148。
连杆141的端头上有一凹槽149，凹槽149有表面150，与一圆柱体的表面相一致。处于凹槽149中的是支承件151，它有一与表面150相配合的外表面。该支承件151在凹槽149内可自由转动。支承件151有一是平面的支承表面152。
活塞142有一对活塞裙部153和活塞顶154。活塞顶154有内表面155，该表面155上有一倾斜的支承件156，它带有一大体为平面的表面157。该支承件156相对于活塞顶154是固定的。支承件150的表面152与表面157呈滑动配合。
活塞顶154上有一对带螺纹的孔159，螺孔159与一对螺纹紧固件160结合。该紧固件160将一对凸轮元件161联结到活塞顶154上。每个凸轮元件161都有一凸轮缘162，包括两个凸轮段163和164，与凸轮部分148相配合。凸出部分148与凸轮元件相互配合，将活塞142保持在正确的位置上，以保证活塞142不对与其相联的气缸盖造成冲击，且当活塞142通过“上死点”后仍允许活塞142自曲轴移开。
在上述最佳实施例中，表面152和157之间有足够的接触区域以减少磨损。表面152和157将通过在发动机内循环的油来润滑。
由于连杆141相对于活塞142有角位移，支承件150将转动，以适应活塞142相对于连杆141的角位移。支承件150也将沿表面157滑动。
抵靠凸缘165的是弹簧166，它与结合在活塞顶154上的螺纹紧固件167的端部相配合。弹簧166受到压缩，且从而将活塞142偏压向朝曲轴方向运动。但是由于连杆141角度运动，活塞142自曲轴处移开，使所放置的弹簧166得以进一步伸展。
弹簧166与凸缘165和螺纹紧固件167相互配合，保证活塞不会在不正确的时刻移开连杆141和对所联接的气缸盖造成冲击。
在图18至20的实施例中，导向块147相对于孔145还应有一间隙168，以使导向块143相对于支承件144能进行以上讨论的运动。该支承件144允许活塞142绕轴169进行角度运动。
权利要求
1.一种用于内燃机的活塞和连杆组件，上述组件包括活塞，带有活塞顶；连杆，有活塞端和曲柄端；以及多个邻接表面，在上述活塞相对于上述活塞端转过一预定角度过程中，使上述活塞顶部产生离开上述活塞端的纵向运动。
2.如权利要求1所述的活塞和连杆组件，还包括将活塞和连杆联接在一起的支承组件，上述支承组件包括第一支承件，支承上述活塞绕上述连杆横向轴进行角度运动。
3.如权利要求2所述的活塞和连杆组件，其特征是，上述支承组件包括导向件，为上述活塞顶部的纵向运动导向。
4.如权利要求3所述的活塞和连杆组件，其特征是，上述支承件包括相对于上述连杆固定的大致为圆柱形的表面，而上述导向件相对于上述表面是固定的且与固定在上述活塞上的导向件表面相配合。
5.如权利要求4所述的活塞和连杆组件，其特征是，上述导向件包括一对大致平行的共同伸展的导向表面与上述导向件表面滑动配合。
6.如权利要求5所述的活塞和连杆组件，其特征是，上述活塞和连杆有相互配合的部分，在上述活塞转过上述预定角度的运动过程以外的时间内有效防止上述纵向运动发生。
7.如权利要求6所述的活塞和连杆组件，其特征是，上述配合部分包括伸展于上述活塞和连杆间有效延伸的弹性部件，将上述活塞向朝上述活塞端运动的方向偏压。
8.如权利要求6所述的活塞和连杆组件，其特征是，上述相互配合部分包括凸轮表面和凸轮顶杆。
9.如权利要求8所述的活塞和连杆组件，其特征是，上述凸轮表面相对于上述活塞固定，且上述凸轮顶杆固定于上述导向件上。
10.如权利要求1所述的活塞和连杆组件，其特征是，上述邻接表面中的第一表面上有可绕上述连杆的大致横向上的轴转动的支承件，而上述表面中的第二表面大致是平面且与上述第一表面相邻接。
11.如权利要求10的活塞和连杆组件，其特征是，上述支承件安装在上述连杆上，而上述平面固定在上述活塞上。
12.一种活塞和连杆组件，其实质上恰如上文中参照附图所述。
全文摘要
一种活塞和连杆组件(10)，包括支撑活塞(14)的连杆(11)。连杆(11)有一个活塞端(13)，活塞(14)支撑于连杆(11)上，在连杆(11)对应于其曲柄端(12)转动一预定角度过程中，活塞自活塞端(13)移开，从而在燃烧阶段保持其压缩比和延长活塞(14)下降前的停顿期。
文档编号F16J1/14GK1122624SQ94191991
公开日1996年5月15日 申请日期1994年5月4日 优先权日1993年5月4日
发明者内维尔·托马斯·奥尔索普 申请人:内维尔·托马斯·奥尔索普, 朱迪思·奥利芙·奥尔索普