CN102713372B - 内燃机用活塞的销毂 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种内燃机用活塞(2)的销毂(1)，分别包含一用于支承活塞销(14)的销孔(3)。为降低所述销孔的天顶区内的切向应力从而延长活塞使用寿命，所述销孔(3)的沿所述孔轴(13)观察的内区(16)在所述天顶(4)的两侧具有某些区域，其与所述孔轴(13)的距离大于所述销孔(3)的天顶(4)与所述孔轴(13)的距离，所述销孔(3)的沿所述孔轴(13)观察的外区(17)以所述活塞轴(7)为参照呈横椭圆形。

Description

内燃机用活塞的销毂
技术领域
本发明涉及一种内燃机用活塞的销毂，分别包含一用于支承活塞销的销孔。
背景技术
公开案DE 10 2006 015 586 A1公开过一种内燃机用活塞的销毂，其径向自内向外具有沿活塞轴方向呈连续式纵椭圆形的销孔。该方案的缺点是，处于销孔内的活塞销会在气压作用下发生横椭圆变形，从而使销孔的天顶区面对更大切向应力，即与销孔内表面相切的张应力，进而缩短活塞使用寿命。
德国公开案1 650 206公开过一种内燃机用活塞的销毂，其销孔以活塞轴为参照呈连续式横椭圆形。该方案的缺点是，电动机转速较大时，销孔的天底区会因惯性力作用而面对更大切向应力，这种压力同样会缩短活塞使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是避免现有技术中的上述缺点并对内燃机用活塞的销毂的销孔进行改良，使得该活塞能在电动机工作期间承受所出现的负荷，具体做法是尽可能降低销孔内的切向应力。
本发明用以达成上述目的的解决方案在于，所述销孔的沿所述孔轴观察的内区在所述天顶的两侧具有某些区域，其与所述孔轴的距离大于所述销孔的天顶与所述孔轴的距离，所述销孔的天顶在所述销孔的内区内与所述孔轴的距离小于所述销孔的天底与所述孔轴的距离，所述销孔的沿所述孔轴观察的外区以所述活塞轴为参照呈横椭圆形，以及，所述销孔的内区连续过渡到所述销孔的外区。
本发明的有利设计方案由从属权利要求给出。
附图说明
图1为包含本发明销孔的内燃机用销毂的剖视图；
图2为所述销孔沿图1中的II-II切割线的截面图；
图3为所述销孔沿图1中的III-III切割线的截面图的一种设计方案；
图4为本发明销孔的示意图，该销孔内设有因机械负荷而发生变形的活塞销；以及
图5和图6为所述销孔沿图1中的III-III切割线的其他设计方案。
具体实施方式
下面借助附图对本发明的部分实施例进行说明。
图1为内燃机用活塞2的销毂1沿销孔3的孔轴13的剖视图。图1中的剖面平面以某种方式穿过销毂1，使得销孔3的天顶4(即销孔3的远离活塞2下端18的上部区域)和销孔3的天底5(即销孔3的下部区域)均能被观察到。其中，天顶4示为一条自外向内(即沿箭头15)上弯的线条，而天底5示为一条自外向内下弯的线条，亦即，销孔3的直径在天底5及天顶4之间自外向内递增。
图2为销孔3的外区17沿图1中的II-II切割线的剖面图，如图所示，销孔3的外区呈横椭圆形，其中，该椭圆体的长轴6垂直于活塞轴7。为更好地表现出销孔3的椭圆形状，图2中绘有一条点划线形式的第一圆形辅助线8。
作为替代方案，销孔3的外部区段也可以在天底5区域沿活塞轴7呈纵椭圆形，或者呈圆形。
图3为销孔3的内区16沿图1中的III-III切割线的截面图的一种设计方案。参照第二圆形辅助线10及图1可看出，在该内区16内，销孔3的天底5与孔轴13的距离大于销孔3的天顶4与孔轴13的距离，从而在销孔3内部形成不对称。
此外，参照第一辅助线8可明显看出，销孔3的如图3所示内区16的直径大于销孔3的如图2所示外区17的直径。
参照第二辅助线10还能明显看出，图3所示销孔3设计方案中的天底5呈纵椭圆形，其中，该椭圆体的长轴平行于活塞轴7，而本实施例中的销孔3在天顶4区域内具有横椭圆形状，从位于销孔3的天顶区4两侧的区域11及区域12可看出这一点，参照第二辅助线10可明显看出，这两个区域与孔轴13的距离均大于销孔3的天顶4区域以及销孔3的介于天顶4及天底5间的赤道9区域与孔轴13的距离。
作为替代方案，销孔3的内区16的天顶4区域也可以与天底5区域一样沿活塞轴7呈纵椭圆形(参阅图5)。其中，销孔3的天底5与孔轴13的距离同样大于销孔3的天顶4与该孔轴的距离。
在图5所示实施例中，销孔3的天顶4也可以在销孔3的内区16内具有圆形截面。(未绘示)
如图6所示，根据销孔3的内区16沿图1中的III-III切割线的另一设计方案，天底5的外形呈圆形，天顶4呈横椭圆形，从位于销孔3的天顶区4两侧的区域11及区域12可看出这一点，参照第二辅助线10可看出，这两个区域与孔轴13的距离均大于销孔3的天顶4区域以及销孔3的赤道9区域与孔轴13的距离。
如图4所示，当电动机转速较大时，活塞销14会在活塞2质量惯性的作用下在上止点上发生变形并形成下弯区段，其中，图4绘出了发生这种变形的活塞销14的左端。
销孔采用传统设计方案时，即销孔的天顶区及天底区对称扩张时，径向处于内部的天底区5会因惯性负荷而承受大机械应力。而采用图1及图4所示设计方案时，即内天底区5的扩张程度更大时，天底5的内区16上的应力会朝更外部的天底区5传递。这样做的优点是明显降低销孔3的内天底区5上的机械应力，从而达到延长使用寿命并减小毂截面的目的，减小毂截面的主要优点在于能减轻活塞质量。
如图5所示，在未受力状态下具有圆形截面的活塞销14会在气压作用下横椭圆化，其中，该横椭圆化活塞销14的长轴垂直于活塞轴7。此时，位于圆形销孔3(参见图5中的辅助线8)的天顶区4两侧的区域11′及区域12′受力相对较大。
在此情况下，在横椭圆形活塞销14与销孔3的天顶4之间形成间隙21。在施加于活塞2的气压作用下，销毂1在工作行程期间受到某种对该间隙21起减小作用的作用力，该作用力在销孔3的天顶4区域产生与销孔内表面相切的张应力，即在销毂1中沿箭头19和箭头20的切向应力。这个切向应力会缩短销毂1的使用寿命。
如果位于销孔3的内区16的天顶4两侧的区域11及区域12均具有更大的间距(参见图3)，则区域11及区域12受同样横椭圆变形的(图3未绘示)活塞销14的作用程度将更小且天顶4中的间距会减小，这样就大大延长了销毂1及配置该销毂的活塞的使用寿命。
同理，在销孔3的如图2所示的横椭圆形外区17中，因受力而横椭圆变形的活塞销14对天顶4中所造成的切向应力有所减小，这样就进一步延长了销毂1及配置该销毂的活塞的使用寿命。
特别是对加压高度非常小、即活塞头与孔轴的距离非常小的活塞(例如应用于赛车用发动机的活塞)而言，活塞在工作行程期间会因燃烧气体的压力而绕孔轴13发生弯曲。可以通过图5所示的设计方案来避免发生这种情况，也就是将销孔3的径向内部区域的天顶4沿活塞轴7实施为纵椭圆形。在此情况下，当活塞发生上述弯曲时，销毂1的销孔3的区域11′及区域12′就会紧贴活塞销14，从而减轻活塞绕孔轴13的弯曲程度。与延长使用寿命这一优点相比，上述优点对赛车用发动机而言具有更重要的意义。
参考符号表
1销毂
2活塞
3销孔
4销孔3的天顶
5销孔3的天底
6椭圆体的长轴
7活塞轴
8第一圆形辅助线
9销孔3的赤道
10第二圆形辅助线
11、11′、12、12′销毂3的区域
13孔轴
14活塞销
15箭头
16销孔3的内区
17销孔3的外区
18活塞的下端
19、20箭头
21间隙

Claims (1)

1.一种内燃机用活塞(2)的销毂(1)，分别包含一具有孔轴(13)且用于支承活塞销(14)的销孔(3)，所述销孔(3)具有一沿着销毂内表面的内区和一沿着销毂外表面的外区，其特征在于，
所述销孔(3)的沿所述孔轴(13)观察的内区(16)在所述销孔(3)的天顶(4)的两侧具有区域(11，12)，所述区域(11，12)与所述孔轴(13)的距离大于所述销孔(3)的天顶(4)与所述孔轴(13)的距离以及一销孔(3)的介于天顶(4)及天底(5)间的赤道(9)与所述孔轴(13)的距离，
所述销孔(3)的天顶(4)在所述销孔(3)的内区(16)内与所述孔轴(13)的距离小于所述销孔(3)在所述内区(16)内的天底(5)与所述孔轴(13)的距离，
所述销孔(3)的沿所述孔轴(13)观察的外区(17)以垂直于活塞轴(7)为参照，呈在水平方向上比垂直方向要长的横椭圆形，以及
所述销孔(3)的内区连续过渡到所述销孔(3)的外区(17)，
所述销孔(3)的沿所述孔轴(13)观察的内区(16)的天底(5)沿所述活塞轴(7)呈纵椭圆形。
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