CN101939526B - 活塞总成及其具有活塞销轮廓的连杆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一活塞总成及其连杆。该连杆具有细长的主体，延伸至一末端用于可操作连接于活塞。该末端具有一活塞销孔，在该主体的相对的侧面之间延伸。该活塞销孔具有一波形的轮廓，在该相对的侧面之间延伸。该波形轮廓具有至少一个带有沿着该活塞销孔周向延伸的波谷的凹面和位于该波峰相对侧的径向间隔开的凸面，所述凸面带有沿着该活塞销孔周向延伸的波峰。波峰和波谷共同形成一平滑的负载梯度和在该活塞销孔和活塞销之间的贯穿接触面区域的均一润滑。

Description

活塞总成及其具有活塞销轮廓的连杆
相关申请的交叉引用
本申请要求于2007年12月10日提交的美国临时申请序列号No.61/012,530的权益，其通过引用整体合并入此处。
技术领域
本发明涉及用于内燃机的活塞总成，更具体地涉及总成中的连杆。
背景技术
传统的用于内燃机的活塞总成通常包括一冠顶或头部，在发动机的相应汽缸内提供燃烧反应表面。一对横向间隔开的销毂从活塞头悬垂并终止于一对同轴的销孔。连杆小端结合于一活塞销，而活塞销在所述销孔内结合。
现代车辆发动机应用正在经历汽缸压力峰值需求的增长，以达到更高的性能要求。然而，增长的汽缸压力峰值需求导致连杆小端与活塞销之间的枢转连接节点的压力分布的增加。在连杆小端与活塞销之间的中枢连接节点的该增加的压力可导致装配轴承表面的平均使用寿命的降低。因此，宁可降低汽缸压力峰值，也不愿使轴承表面的寿命的降低。
当汽缸压力峰值增加时，通常具有两个主要失效模式。第一，在活塞销和连杆的小端之间装配的轴承表面由于过大的摩擦力而磨损。由于其具有大致平直的、圆柱形轴承表面，该过大的摩擦力加剧，例如图1示出的现有技术中的连杆的小端PA1，由于跨越整个长度接触，从而在装配的轴承表面的中心区域CR处产生最大压力。该高压力倾向于沿箭头A所示方向轴向向外释放润滑作用，从而使得中心区域CR缺乏润滑。中心区域CR的减少的润滑膜导致摩擦的升高，从而引起热量的产生，并最终导致轴承表面疲劳损坏。第二，通常被插入连杆的小端的孔内的轴衬发生疲劳损坏，如压力积聚到最高的该轴衬的末端或外边缘处。已知的一些试图克服这些现象的尝试是通过构造一完全在连杆的相对的侧面或边缘OE中间延伸的凸面CS，如图2示出的现有技术中的连杆的小端PA2。然而，这些努力虽然降低了外缘OE的压力，但由于中心区域CR处一直增加的压力梯度，依然导致中心区域CR的润滑降低。
发明内容
根据本发明的一个方面构造的活塞总成具有一活塞冠顶，带有从其悬垂的一对销毂，其销毂具有轴向对齐的销孔。该总成进一步包括一活塞销，该活塞销的末端的尺寸适合至少部分容纳于销孔。而且，总成包括一连杆，该连杆的一末端带有相对的侧面，其活塞销孔在该相对的侧面之间延伸，用于容纳此处的活塞销。该活塞销孔具有在该相对的侧面之间延伸的波形轮廓。该波形轮廓具有至少一个周向延伸的凹面，该凹面横向过渡至临近的周向延伸的凸面，所述凸面位于该凹面的相对的两侧。
根据本发明的另一个方面提供一用于内燃机的连杆。该连杆具有一细长的主体，该主体延伸至一末端用于可操作地连接于活塞。该末端具有在主体的相对的侧面之间延伸的活塞销孔。活塞销孔具有该两侧之间延伸的波形轮廓。该波形轮廓具有至少一个凹面，带有一个沿着该活塞销孔周向方向延伸的波谷。该凹面横向过渡至凸面，该凸面具有位于该波谷的相对侧的沿着该活塞销孔周向方向延伸的波峰。
附图说明
为了更清楚地说明根据本发明构造的活塞总成及其连杆的上述和其他方面、特征及优点，以下结合当前优选的实施例和最佳实施方式、所附权利要求以及附图对本发明进行详细描述，其中：
图1是根据现有技术构造的连杆的小端的横截面图；
图2是根据现有技术构造的连杆的小端的另一横截面图；
图3是根据本发明的当前一个优选实施例构造的活塞总成的局部截面图；
图4是示出轴承表面上的压力梯度和油流分布的图3中活塞总成的连杆的局部截面图；
图5是图3的连杆的侧视图；
图6是根据本发明的另一当前优选实施例构造的连杆的侧视图；及
图7是根据本发明的又一当前优选实施例构造的连杆的侧视图。
具体实施方式
参考附图，图3示出了根据本发明的一个方面的活塞和连杆总成10。活塞和连杆总成10包括一活塞12和连杆14，该活塞12和连杆14被配置为通过活塞销15可操作地彼此连接。活塞12具有或铸造或锻造成型的主体16，该主体16沿着纵向中心轴18延伸，活塞12沿着该中心轴18在汽缸(图未示)内往复运动。主体16在此示例而非限制为具有一上部冠顶20，该上部冠顶20连接于下部冠顶21，该下部冠顶21带有一对从其悬垂的销毂22。连杆14具有一沿纵向中心轴延伸的细长的主体23，在此该纵向中心轴示例为与轴18重合，延伸至一末端或小端30，其尺寸适合容纳于销毂22之间，以及延伸至另一个末端(图未示)，该末端配置为可操作地连接于机轴(图未示)。该小端30具有一活塞销孔24，该活塞销孔24被配置为容纳此处穿过的活塞销15，使得该连杆可操作地连接于活塞12。活塞销孔24的轮廓由26表示，，其中，轮廓26在连杆14的相对的侧面28、29之间延伸。轮廓26具有至少一个凹面42，该凹面42过渡至凸面44，该凸面44位于凹面42的横向的相对的侧面，以形成至少一个双波形，从而有助于活塞销15和活塞销孔24之间在使用状态形成大致平滑的载荷分布和均一的润滑流向。因此，活塞销孔24的轮廓26给活塞总成10提供针对现代发动机的高峰值汽缸压力的耐受能力，同时在活塞销15和连杆14之间保持期望的润滑流以避免各轴承表面的过早失效。
活塞12的上部冠顶20在此示例为具有一上表面32，带有一凹入其中的燃烧室34，与常规活塞头的构造相同；然而，如果有必要，活塞12也可具有其他的基本扁平的上表面。外壁或环带36从上部表面32向下延伸，带有至少一个成型于环带36内的环形凹槽，用于浮动容纳活塞环(图未示)。一对裙部38从上部冠顶20悬垂，其中，裙部38具有基本与缸膛一致的外表面，以便于引导活塞12在缸膛内往复运动。
正如如图4所示，连杆14的活塞销孔24沿着销轴40在相对的侧面28、29之间延伸，其销轴40大致垂直于纵向中心轴18。轮廓26在相对的侧面28、29之间平滑连续地延伸和起伏，如图5所示，在此示例而非限制为沿着销孔24的圆周的局部延伸。例如，在图5中，轮廓26可沿着活塞销孔24的下部的180度部分延伸，相对于纵轴18从约90度(3点)的位置41延伸至270度(9点)的位置43，其活塞销孔24的剩余的上部的180度部分具有平直的、圆柱形的配置。当然，如果实际应用需要的话，也可形成与图5所示的轮廓周向的角度增量不同的轮廓26。另外，如图6所示，其中相同的引用数字如上所述，加上因子100用于区分相似的特征，取决于特定应用的需求，一连杆114可具有一活塞销孔124，带有沿该销孔124的整个圆周延伸的轮廓126。因此，根据应用需要，轮廓26，126可以沿着活塞销孔24、124的部分或者整个圆周延伸，配置于圆周上的任意角度上。
轮廓26具有至少一个凹面42，该凹面42沿着活塞销孔24的圆周方向延伸，其凹面42位于相对的侧面28、29之间。该凹面42沿着横向方向过渡至临近的凸面44，该凸面44在所述凹面42的相对侧沿着该活塞销孔24的圆周方向延伸。该凹面42和凸面44形成为横向跨过活塞销孔24彼此过渡以提供平滑的波形表面，在此示例为正弦波形或者大致正弦波形。该轮廓26的凹凸面42，44在此示例为具有夸张的波峰P和波谷V，而实际形成的波峰P和波谷V相对于水平面PH的距离从5微米到50微米不等，其中，波峰P和波谷V的大致相等的部分位于平面P的相对侧。凹面42示例为成形于中心区域CR中，该中心区域CR位于相对的侧面28、29之间的中央，其中，中心区域CR被纵向中心轴18一分为二。凸面44从凹面42朝向相对的侧面28、29横向向外延伸和波动，其每个凸面44以连续平滑的方式延伸至相对的侧面28、29。因此，该连续平滑的轮廓26在使用的活塞销15和活塞销孔24之间产生平滑的载荷分布，正如正弦垂直箭头45大体所示，并在使用中的活塞销15和活塞销孔24之间提供均一的润滑流。由于凸面42位于相对的侧面28、29的中央并沿着中心轴18，润滑作用的方向相对于凸面44朝向中心轴18向内，如箭头47所示，同时从凸面44朝向侧面28、29向外，如图4所示。
轮廓26可以利用构造连杆14的材料，如钢，通过如机加工和/或铸造成型。另外，如果轮廓26由连杆14的材料成型，如果需要的话，它可以随后镀层，例如磷酸盐涂层。另外，如图7所示，其中，相同的引用数字如前所述，分别加上因子200以区分相似的特征，轮廓226可以在轴衬46的孔内成型，构造成一个与连杆214独立的部分。轴衬46具有大体圆柱形外表面48，尺寸适合压配合入连杆214的大体圆柱形的贯穿孔50。轴衬46的内轮廓226可参照轮廓26、126的上述描述成形，所以，在此不做赘述。
显然，根据以上教导，本发明的许多修正和变型是可能的。因此，应当理解，在后所附权利要求的范围内，本发明可不同于上述具体描述通过其他方式实施。

Claims (13)

1.活塞总成，包括；
一活塞冠顶，带有从该冠顶悬垂的一对销毂，所述销毂具有轴向对齐的销孔；
一活塞销，其末端尺寸适合至少部分容纳于所述销孔；及
一连杆，该连杆的一末端带有相对的侧面，其活塞销孔在该相对的侧面之间延伸，用于容纳所述活塞销，所述活塞销孔具有波形轮廓，该波形轮廓在所述相对的侧面之间延伸并具有至少一个周向延伸的凹面，该凹面横向过渡至位于该凹面的相对侧的与其毗邻的周向延伸的凸面，所述波形轮廓不完全沿着所述活塞销孔的整个圆周延伸。
2.如权利要求1所述的活塞总成，其特征在于，所述连杆沿着纵向中心轴延伸，所述凹面大致被所述纵向中心轴一分为二。
3.如权利要求1所述的活塞总成，其特征在于，所述凸面各自延伸至所述相对的侧面。
4.如权利要求1所述的活塞总成，其特征在于，所述波形轮廓沿着所述活塞销孔的周向延伸180度。
5.如权利要求1所述的活塞总成，其特征在于，所述波形轮廓沿所述相对的侧面之间的延伸方向上是平滑的。
6.如权利要求1所述的活塞总成，其特征在于，所述波形轮廓成形于一轴衬内，所述轴衬由不同于所述连杆的材料单独制成。
7.一用于内燃机的连杆，包括：
一细长的主体，其延伸至一末端用于可操作地连接于活塞，所述末端具有在主体的相对的侧面之间延伸的活塞销孔，所述活塞销孔具有所述两侧面之间延伸的波形轮廓，所述波形轮廓具有至少一个凹面，带有一个沿着所述活塞销孔周向方向延伸的波谷，所述凹面横向过渡到凸面，所述凸面具有沿着所述活塞销孔的周向方向延伸的波峰，所述波峰位于所述波谷的横向相对的两侧，所述波形轮廓不完全沿着所述活塞销孔的整个圆周延伸。
8.如权利要求7所述的连杆，其特征在于，所述连杆沿着纵向中心轴延伸，所述凹面大致被所述纵向中心轴一分为二。
9.如权利要求7所述的连杆，其特征在于，所述凸面各自延伸至所述相对的侧面。
10.如权利要求7所述的连杆，其特征在于，所述波形轮廓沿着所述活塞销孔的周向延伸180度。
11.如权利要求7所述的连杆，其特征在于，所述波形轮廓沿所述相对侧之间的延伸方向上是平滑的。
12.如权利要求7所述的连杆，其特征在于，所述波形轮廓成型于一轴衬内，所述轴衬由不同于所述连杆的材料单独制成。
13.如权利要求12所述的连杆，其特征在于，所述主体具有一个平直的、圆柱形的开口，其尺寸适合压配于所述轴衬。
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