专利名称:内燃发动机的活塞的制作方法
本发明是关于内燃活塞式发动机，亦即是关于内燃发动机的活塞。
在此推荐的内燃发动机的活塞可以用于各种类型的内燃活塞式发动机，也可用于压缩机上。
众所周知，在内燃活塞式发动机内由于活塞的扭动而降低活塞环的密封性。活塞环是在活塞扭动瞬间靠闭合形成足以使汽从燃烧室排入发动机箱体内的有效通过截面的。
为了消除活塞的扭动，必须最大限度地减小活塞裙与汽缸之间的间隙，以便保证活塞在汽缸内运动时使汽缸与活塞裙的中心线相一致(即无偏斜现象)。
为人熟知的内燃发动机的活塞，为了保证活塞裙在汽缸内运动时的同心度，在活塞裙侧面的凹槽内，在活塞裙与发动机汽缸之间装一氟塑料镶块(美国，A，4158328)。氟塑料镶块的纵截面从活塞头的方向开始收缩呈楔形。凹槽的长度大于镶块，这样，镶块就可以在凹槽内沿着活塞裙的中心线从所在位置的一边移向另一边。在此情况下，在镶块与凹槽两端之间的边缘处必须有间隙。
不过汽缸与活塞裙之间的间隙是可以消除的。当活塞从下死点向上死点方向运动时，镶块楔住在间隙中;而当活塞向相反的方向，即从上死点向下死点方向运动时，镶块即退楔;此时，在活塞裙镶块和汽缸之间就形成间隙并出现活塞的扭动;这实质上加剧了对活塞的磨损并降低了活塞的工作寿命。此外，在使用过程中镶块的厚度也遭到了磨损。这会导致镶块与凹槽下端面之间的间隙逐渐减小，而当间隙消失的时间，镶块就重新工作，这样便消除了在活塞裙和汽缸之间形成的间隙。
但是同样为人所知的，镶块在内燃发动机的活塞上消除活塞裙与汽缸之间的间隙并非以活塞的运动方向为转移的(德国，A，393755)。
活塞设置一个带活塞销孔的活塞裙，活塞销孔的中心线垂直于活塞裙的中心线;在活塞裙的侧表面上于孔中心线的两边有两个园柱形表面的凹槽，两个凹槽的中心线平行于活塞裙的中心线;每个凹槽镶嵌着一个与发动机汽缸表面相接触的有园柱形外表面的镶块;镶块的曲率半径与有园柱形内表面的发动机汽缸的半径相等;镶块的曲率半径与凹槽的曲率半径相等。还装有两根弹簧，其中的每一根都装在镶块和活塞裙之间。弹簧的弹力将镶块压向发动机汽缸。
镶块因受两个同心园的相互制约，在横截面上有相等的厚度。镶块装入凹槽内时在镶块的内表面和凹槽的表面之间留有间隙。镶块和凹槽的长度彼此相等，以此限制镶块在凹槽内相对于活塞裙的移动(沿活塞裙中心线)。此外，镶块借助销子与活塞裙连结在一起，这样，镶块就不能围绕活塞裙的中心线旋转。
每根弹簧是按以下要求安装在镶块和活塞裙之间的相应凹槽内的，即弹簧的中心线处于径向，弹簧的弹力作用方向也趋于径向，从而将镶块压向汽缸壁。
以此方式，镶块可以在弹簧的作用下仅作径向移动的同时，消除活塞裙与汽缸之间的间隙，从而保证活塞在汽缸内运动时的同心度、达到减少活塞扭动的目的。
这样安装弹簧是为了弹簧能造成提高作用于活塞的侧向压力。虽然作用于活塞的侧向压力比作用于活塞的轴向(工作)力小四分之三到五分之四，但是这已经是够高的了。因此，必须采用大刚性的压缩弹簧。在活塞使用过程中，当镶块磨损到一定程度，弹簧作用于镶块的压力急剧下降，这样便缩短了活塞的使用期限。在这种情况下，镶块和凹槽表面的间隙增大，其结果，活塞在汽缸内运动的同心度遭到破坏，活塞就出现扭动。
由此，解决内燃发动机活塞带什么样的镶块的任务就作为本发明的基础。即在活塞的使用过程中这种镶块应能完全消除活塞裙和汽缸之间的间隙，而不以镶块和汽缸的磨损程度为转移;排除活塞的扭动并延长活塞的使用期限。
所提出的任务通过下述方法得到了解决。这些方法是在内燃发动机的活塞上装一个带活塞销孔的活塞裙，使该孔的中心线垂直于活塞裙的中心线;在活塞裙的侧面上于孔中心线的两边制作两个园柱形表面的凹槽，两个凹槽的中心线平行于活塞裙的中心线;在每个凹槽中镶嵌一个与发动机汽缸表面相接触的有园柱形外表面的镶块;该镶块的曲率半径与有园柱形内表面的发动机汽缸的半径相等，镶块的曲率半径与凹槽的曲率半径相等;还装两根弹簧，其中的每一根都装在与之相应的镶块和活塞裙之间;弹簧的弹力将镶块压向汽缸;按照发明，镶块的横截面呈曲线楔的形状，曲线楔的最大角度不超过镶块的摩擦角;镶块的内表面与凹槽的园柱形表面相接触，凹槽的中心线沿着活塞销孔的中心线向楔的收缩方向偏移活塞裙的中心线，其偏移量与镶块内表面的曲率半径乘以楔的最大角度的量相等。与此同时，使每根弹簧的安装方式保证使弹簧弹力的作用方向与相应镶块内表面相切的切线之间的夹角在其向楔的收缩方向的作用点上小于90°。
镶块的这种曲线楔形状的结构，可以完全消除活塞裙和汽缸之间的间隙，而不以镶块和汽缸磨损的程度为转移。因为在磨损过程中，在弹簧的作用下镶块可以围绕活塞裙的中心线沿着凹槽的表面转动的同时，消除间隙，从而排除活塞的扭动。由于镶块楔的最大角度不超过镶块的摩擦角，转动此镶块不要求施大力。因此，在这样的活塞中可采用刚性不高的弹簧;同时，对镶块材料强度特性的要求可以降低，而提高其耐摩擦特性;用于制造活塞的材料可以采用强度和热稳定性较高的材料。
这些措施可以将内燃发动机这种活塞的使用期限至少提高到5倍。
下面列举具体例子说明本发明的实施情况并举以略图加以说明。这些略图中有图1，根据发明给出了内燃发动机的活塞概貌图(其中有部分纵剖面图);
图2，是图1的Ⅱ-Ⅱ剖面图。
内燃发动机的活塞设置一个带活塞头2的活塞裙1(图1)，在活塞头的外侧面有两个园柱段，这两个园柱段有一与活塞裙1中心线相一致的共同中心线“O”。在活塞裙1上，其中间部分有一个活塞销(在图上未标出)孔3，活塞销孔的中心线“O1”垂直于活塞裙1的中心线“O”。在活塞裙1的外表面上，中心线“O1”的两边制有两个凹槽4，在每个凹槽中镶嵌着一个镶块5;同时，每个镶块5的长度等于凹槽4的长度。
镶块5(图2)有一与发动机汽缸6内表面(图1、2中的示意图)相接触的凸出的园柱形外表面。镶块5外表面的曲率半径R与发动机汽缸6的半径相等，与凹槽4表面相接触的镶块5的内表面是凹状的，同时，镶块5内表面的曲率半径r与凹槽4表面的曲率半径相等。
在每个镶块5和活塞裙1之间装一压缩弹簧7(图2);压缩弹簧的一端顶在活塞裙1内的凹肩8之中，而其另一端顶在镶块5的凹肩9之中。
镶块5的横截面呈曲线楔形状，同时该楔的最大角度α不超过镶块5的摩擦角。角α-由于镶块5的外表面和内表面相切的切线“m”和“n”的夹角是在沿中心线“O”作用于活塞的力P(图1)的侧向分力N的作用点Q上。
镶块5可采用具有高耐摩擦性能的材料制成，例如用陶瓷金属、氟塑料和用于制造活塞镶块的其它已知材料。
众所周知，对大多数的材料而言，最大的摩擦角约为6°。摩擦角是按照手册性文件的列表，依据摩擦力偶和其它因素(例如“润滑、表面光洁度、外形和负载特性)的资料确定的。
镶块5楔的最大角度α不应超过镶块5的摩擦角，而且应该保证镶块于力P的分力N的作用下在凹槽4内自行制动。假如楔的角度α大于摩擦角，则镶块5在分力N的作用下将自动由凹槽4内顶出，这样就要求安装强度更高的弹簧7。
在选择镶块5的楔角时应该考虑外形(是均匀分布还是集中)和负载特性(不变的、脉动的、还是变向的)。
对此角合理地选择为小于摩擦角。例如，为了使“活塞-汽缸”的共轭，建议摩擦系数应在0.07-0.085范围内选择，这样便可满足摩擦角的度数为4-5°。
如果要遵循结构上的意图，最好选择另一种摩擦角。那末在此情况下，为达到活塞在负载作用下工作时保证使镶块在凹槽4中自行制动的目的，则必须建立相适应的润滑条件，相适应的表面粗糙度以及相适应的弹簧弹力的作用方向。
镶块5的内表面与凹槽4的园柱形表面相接触，这些园柱形表面有平行于活塞裙1中心线“O”的一中心线“O2”。同时，凹槽4的中心线“O2”沿着活塞销孔3的中心线“O1”朝楔的收缩方向偏移，其偏移量等于凹槽的半径-r乘以α-楔的最大角度;则距离O2O＝r·α。式中α以弧度表示，这是因为使小角置于摩擦角的范围内tgα≈α。因此，凹槽4的横截面是重复镶块5的形状。弹簧7安装成使和弹簧7的中心线相一致的弹力作用方向“l”与镶块5内表面相切的切线“K”的夹角β在其作用点上，亦即是在弹簧7与镶块5内表面相接触的C点上永远小于90°;以此保证镶块与在其磨损范围内在凹槽4内向镶块的收缩方向移动。
内燃发动机的活塞按下述方式进行工作。当活塞裙1(图1、2)在发动机汽缸6内作往复运动时，在凹槽4中的镶块5在弹簧7的作用下消除活塞裙1和汽缸6之间的间隙，并以其整个的外表面与汽缸6的整个内表面相接触，同时，也与活塞裙1的凹槽4之表面相接触。
在此情况下镶块5在凹槽4中处于纵向，即不是沿着活塞裙1的中心线“O”移动，因此，在活塞运动时，磨损情况仅仅发生在相对于汽缸6内表面作移动的镶块的外表面上。
在镶块5的磨损范围内，镶块5和汽缸6之间不会出现间隙，因为弹簧7在不停地移动着镶块5的同时，将其推着在凹槽4中向收缩的方向移动并将其压向汽缸6，以此保证活塞在汽缸6内的运动无扭动。在此情况下，弹簧7的弹力必须提高镶块5对活塞裙1的摩擦力，而这个力与汽缸6和镶块5外表面之间的摩擦力相比是不大的。因此，这个内燃发动机活塞的结构，可以在整个使用活塞的过程中实际上安全消除活塞裙1和汽缸6之间的间隙，而不以镶块5和发动机汽缸6的磨损程度为转移。这就便可最终大幅度地提高活塞的工作寿命。
权利要求
内燃发动机的活塞设置一个带活塞销孔(3)的活塞裙(1)，活塞销孔的中心线(O1)垂直于活塞裙(1)的中心线(O)；在活塞裙的侧面上，于孔(3)中心线(O1)的两边制有两个园柱形表面的凹槽(4)，两个凹槽的中心线(O1)平行于活塞裙(1)的中心线(O)；每个凹槽中镶嵌着一个与发动机汽缸(6)表面相接触的有园柱形外表面的镶块(5)；该镶块的曲率半径与有园柱形内表面的发动机汽缸(6)的半径相等，镶块的曲率半径与凹槽(4)的曲率半径相等，还装有两根弹簧(7)，其中的每一根都装在与之相应的镶块(5)和活塞裙(1)之间；弹簧的弹力将镶块(5)压向发动机汽缸(6)，本发明的特点是每块镶块(5)的横截面呈曲线楔的形状，曲线楔的最大角度不超过镶块的摩擦角；镶块的内表面与凹槽(4)的园柱形表面相接触，凹槽的中心线(O2)沿着活塞销孔(3)的中心线(O1)向楔的收缩方向偏移，活塞裙(1)的中心线(O)，其偏移量与镶块(5)内表面的曲率半径(r)乘以楔的最大角度(α)的量相等。同时，每根弹簧(7)的安装方式能使弹簧(7)弹力的作用方向与相应镶块(5)内表面相切的切线(K)之间的夹角(β)在其向楔的收缩方向的作用点上小于90°。
专利摘要
内燃发动机的活塞设置一个带活塞销孔的活塞裙，销孔中心线垂直于活塞裙中心线；在活塞裙的侧面上于孔中心线的两边有两个圆柱形表面的凹槽，其中心线平行于活塞裙中心线，每一个凹槽中镶嵌着与发动机汽缸表面相接触的有圆柱形外表面的镶块。镶块的曲率半径与有圆柱形内表面的发动机汽缸的半径一致，镶块的曲率半径与凹槽的曲率半径一致。另有两根弹簧，各自装在镶块与活塞裙之间，并将相应的镶块压向汽缸。镶块横截面呈曲线楔形状，曲线楔的最大角度不超过镶块的摩擦角。
文档编号F02F3/00GK87103522SQ87103522
公开日1988年11月30日 申请日期1987年5月15日
发明者尼古莱·马卡罗维奇·斯托尔切夫奥伊 申请人:十月革命六十周年基辅汽车公路学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan