CN104053931A - 活塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的具有用于容纳活塞销的销孔的活塞(1)，其中所述销孔(2)为相对于所述活塞(1)的纵向轴线的横向椭圆。根据本发明的本质在于，所述销孔(2)在α＝0°处(顶点)和在α＝180°处(最低点)以圆柱形的方式形成，并且在α＝90°处和α＝270°处(赤道)以带有油保持容积的椭圆形的方式形成，其中在赤道和顶点之间以及在赤道和最低点之间的过渡以连续可微的方式延伸，即没有棱边。由此，能够以成本有利的方式制造具有良好承载能力的良好润滑的活塞(1)。

Description

活塞
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的具有用于容纳活塞销的销孔的内燃机活塞。本发明还涉及一种用于制造这种活塞的方法。
背景技术
DE 1650206 A公开了一种通用的具有用于容纳活塞销的销孔的内燃机活塞，所述销孔相对于活塞的纵向轴线以横向椭圆形的方式形成以便对进行负载优化。销孔的横向椭圆形的结构的目的是，特别是确保在内燃机的操作期间可靠地供油。横向的椭圆形的销孔也应该具有噪声衰减效果，并且能够吸收活塞以及销的不同的热膨胀。
US 2990226也公开了一种具有横向的椭圆形销孔的通用活塞。
DE3609019 C1中公开了一种用于制造筒状活塞的销孔的方法，其中在所述销孔中从所述活塞的内部起形成凹槽状的凹部以避免凸台裂纹。在连杆通过活塞的凸台在曲轴纵向轴线的方向上引导的活塞中，润滑油从连杆小端被引入到所述凹槽中。为了在销孔中封闭形成的凹槽的情况下在销孔面积尽可能较少减少的情况下能够引导润滑油到销孔的径向外部，在切割期间借助于切削凹槽的铣削刀具的位置改变来在凹槽上形成槽，所述槽径向向外并作为油道槽。然而，形成所述槽需要第二工作步骤。
US 2007/0095200 A1类似地公开了一种具有横向的椭圆形销孔的通用活塞，在所述文件中提到的凹槽同样必须在单独的工作步骤中产生。
发明内容
本发明的目的是对于通用类型的活塞给出一种改进的或至少是替代的实施例，其通过高效率的生产而具有高的承载能力和提高的润滑性能。
该目的根据本发明通过独立权利要求的主题实现。有利的实施方案形成从属权利要求的主题。
本发明基于如下总的想法，以横向椭圆的方式构造在本身已知的用于内燃机的活塞中配置用于容纳活塞销的销孔，并且在α＝0°处，即在顶点处，并且在α＝180°处，即在最低点处以圆柱形的方式形成，并且在α大约为90°和270°(赤道)处以带有油保持容积的椭圆的方式形成，其中在赤道和顶点之间以及在赤道和最低点之间的过渡以连续可微的方式延伸，即没有棱边。销孔的该特定实施例允许在活塞和销之间的接触面在顶点(和最低点)处几乎彼此相对平行，由此在销和活塞之间的面接触能够直接调整以传输气体压力载荷而不产生活塞绕销的附加弯曲，该附加弯曲将导致在活塞上增加的负载。这通过如下方式实现：销孔至少在顶点区域中是大致圆柱形的，而在顶点和赤道之间的过渡区域中没有形成棱边，诸如在现有技术(US 2007/0095200 A1，DE3609019A1，US 2990226 A)中是这种情况。因此，根据本发明的横向椭圆形的销孔是校正的横向椭圆形的销孔，其是例如线性椭圆形或双椭圆形。根据本发明的这样销孔可以借助于车床制造，其中在实际钻孔或车削过程中，要么待被钻孔的活塞要么回转刀具对每一转产生偏转。此外，在该制造方法中特别的有利的是：在经校正的横向椭圆形销孔能在单一的工作步骤中制造，因而不必在一个单独的、第二工作步骤中车削或研磨油保持凹槽，如以前惯例一样。横向椭圆形的构造意味着与例如纯粹圆柱形的销孔的情况相比能够实现显著改善的销润滑。通过根据本发明的技术方案，在凸台孔能够创建与经典横向椭圆度一样的油保持容积，该油保持容积不具有任何的棱边并不加载于活塞头。
在根据本发明的解决方案的一个有利的改进中，销孔在340°<α<20°及130<α<230°处具有rd<2微米的与圆形形状径向偏移。几乎圆柱形状，并因此在顶点区域和在最低点区域中确保在活塞和销之间的面接触面，而没有附加的活塞弯曲，以便关闭由椭圆度所增加的接触间隙。由此产生在热和机械方面高负荷活塞头的通过绕销的活塞弯曲产生的附加载荷。(这是传统的横向椭圆形的凸台孔的典型缺点。)
所述销孔有利地在α大约90°和α大约270°处、即在赤道区域中具有10微米<rd<40微米的与圆形形状的径向偏移。在此可以清楚地看出，所述销孔的直径在赤道区域中是大得多的，因此，明显与在最低点和顶点处的直径偏移，通过该径向偏移可以创建用于润滑所必须的油保持凹槽或油保持容积。这样的油保持容积特别是对于足够的润滑是必要的，从而也是活塞的低噪音运行所必要的。
在根据本发明的解决方案的另一个有利的实施例中，销孔除了横向的椭圆度之外还具有竖直的椭圆度。因此在所述孔中的最大表面压力例如转移到+15°和-15°区域中。在活塞上的产生的力可以再次降低活塞的弯曲，并进一步减轻活塞头的负荷。由于这种竖直椭圆度，力输入点也特别能够从顶点和最低点转移到相邻的区域。
在根据本发明的解决方案的另一个有利的实施例中，销孔另外以对称或不对称的喇叭形成。这些喇叭形状根本上具有如下目的，避免了棱边压力和其他压力增加，所述压力增加在负载的情况下由于销弯曲和椭圆化尤其出现。不对称的形成，特别允许最低点侧和顶点侧不同地形成。这具有如下优点：喇叭的加宽部分能够适应于由于气体和惯性力所产生的不同负荷以及必要时可以考虑用于梯形的或阶梯形连杆的非对称的凸台。
本发明还基于如下总的想法，借助于所述活塞的同时摆动或者叠加在钻孔上的钻孔来制造根据本发明的特别的横向椭圆形销孔。由于在钻孔过程中，活塞或钻孔摆动，特别能够在钻或者车销孔的同时制造在赤道区域中的油保持容积，从而不必在一个单独的并从而在复杂的第二工作步骤中制造油保持容积，如以前惯例。可替换地，借助于磁性安装的钻床主轴也可以在一个工作步骤中制造这样的形状。对此的先决条件也是销孔的连续可微的形状。根据本发明的活塞从而在制造方面能够高效率地制造并且从而以相对成本效益的方式制造，仍具有极高的品质。
本发明的其他重要特征和优点可以在从属权利要求，附图和使用附图的附图相关的描述中找到。
不言而喻的是，上述的特征和那些仍将在下面要解释的的特征不仅能够在各种情况中在所给出的组合中使用，也能够在其它组合中使用或者单独使用，只要不脱离本发明的范围。
本发明的优选示例性实施例在附图中示出并且在下面的描述中进行更详细地说明，相同的附图标记指的是相同或相似的或功能上等同的部件。
附图说明
在图中：
图1示出根据本发明的活塞的示意性视图，
图2示意性示出说明根据本发明的特别是横向椭圆形的销孔的图表；为了说明的目的夸大地示出，
图3示意性示出说明不同的横向的椭圆形销孔的径向偏移的图表，
图4示意性示出如图2中所示的图表，但另外具有竖直的椭圆形销孔。
具体实施方式
根据图1，根据本发明的用于内燃机(未示出)的活塞1具有用于容纳活塞销(也未示出)的销孔2，所述销孔2相对于活塞1的纵向轴线即在本例中相对于竖直轴线以横向椭圆形的方式形成。根据本发明，所述销孔2那么在α＝0°，即顶点，和在α＝180°，即最低点处是圆柱形，而它在α＝90°和270°时，即在赤道区域是保持油的体积的椭圆，例如以油保持凹槽的方式。在赤道与顶点之间和在赤道和最低点之间的过渡因而是连续可微的，也就是说，上述过渡没有棱边地延伸。由于销2的圆柱形形状，特别是在顶点区和在最低点区域中，所以销孔具有相对较大区域，通过该相对较大区域销孔与活塞销以力传递的方式，实质上平行的方式接触。因此，销孔2优选地具有基本上圆柱形的形状，在345°<α<45°及135°<α<225°时。这与先前从现有技术中已知的横向椭圆销孔相比提供了很大的优势，即能够避免在其他情况下在椭圆形的凸台孔中出现的活塞的弯曲来关闭扩大的接触间隙。
销孔2通常可以例如以线性椭圆或双椭圆的方式来形成。虽然下面只提到一个销孔2，但是应当清楚的是，对于每个活塞1通常存在两个互相对齐的销孔2。
如果观察图2，可以看出所述销孔2在α＝0°和α＝90°之间的细节，在这种情况下根据本发明的特别是横向的椭圆形销孔2借助于所述线D(双椭圆形)和E(线性椭圆形)来描述。应该注意的是，双椭圆形和线性椭圆形的特性曲线D，E与圆形孔A在α＝0和α约为45°之间时是相同的，由此得到在所述活塞和销之间的接触区域中的相对恒定的间隙宽度。因此，所述线D和E在α＝0和α约为45°之间的区域中接近圆曲线A。
然而，在α＝45°和α＝90°之间，根据本发明的销孔2的根据本发明的特性曲线D，E明显地偏移圆形形状，使得在α＝90°时已经具有大约20微米的径向偏移rd。这也清楚地显示在图3中，其中与圆形形状的径向偏移rd以毫米表示。在340°<α<20°及130°<α<32°的范围内，与圆形形状的径向偏移rd小于2微米，而在赤道区域中，也就是说，在α约为90°或270°的区域中，它大于10微米，并高达40微米。显而易见的是在这种情况下，这两个对称的和非对称的内部和/或外部成型的孔(喇叭)可以叠加在销孔2上。如果再次观察图3，可以看到，在根据本发明生产的销孔2中，即在分别用于双椭圆形和线性椭圆形的特性曲线D和E中，从45°的角度α起才使用超过2微米的径向偏移rd，而在椭圆B和正常的椭圆形C中的所述偏移早在20°时就出现，从而导致增加的活塞弯曲。当然，在图2至4所示的图为了说明的目的夸大地示出。
为了能够以算术的方式描述的专门横向椭圆形销孔2并且为了在顶点和最低点周围的区域中获得类似于圆形的形状，校正被叠加到数学描述中，例如对于双椭圆形，销孔2的椭圆度例如被如下定义：
hKα＝0.5H*(1-cos(2α))+kα，其中kα＝0.5*Kt*(1-cos(4α))
其中：
H是带符号的径向椭圆度标称值[毫米]，
hα是在角度α处(径向)椭圆度[毫米]，
hKα是在角度α处校正的(径向)椭圆度[毫米]，
α是角度，
Kt为校正值。
第一被加数对应于经典的横向椭圆度。
可替换地，以这样，销孔2的椭圆度也可以如下定义：
hKα＝0.5H*(1-cos(2α))+kα，其中kα＝0.5*Kt*(1-cos(4α))*|sinα|
其中：
H是带符号的径向椭圆度标称值[毫米]，
hα是在角度α处(径向)椭圆度[毫米]，
hKα是在角度α处校正的(径向)椭圆度[毫米]，
α是角度，
Kt为校正值。
这种形状对某些制造方法是有利的并且称为线性校正。如果观察图4，可以看到，除了纯椭圆度，销孔2也可以具有竖直的椭圆度HO，这根据特性曲线F说明。
利用根据本发明的销孔2，可以更好地支持活塞，从而大大提高了承载能力，由于在顶点区和在最低点区域，即在α在大约0°和180°的区域几乎恒定的间隙宽度。由于横向的椭圆度，在α的＝90°和α＝270°的区域中能够产生油容积，其能够更好地润滑。本发明的思想是，以形成横向的椭圆度这样的方式，使得它在0°和180°(相当于对于活塞头是有益的)就像圆柱形凸台孔作用，但在90°和270°处仍保持横向椭圆度的油保持容积，以便使凸台借助于润滑比圆柱形成型的孔更强。与狭槽等相比，优点在于：不需要额外的工作步骤用于该容积，此外在凸台孔中不产生棱边。这样成型的孔例如可以通过相应的选择上述数学描述或类似的描述的参数来实现。从顶点到赤道和从赤道到最低点的连续过渡意味着，特别省略了从现有技术中已知的棱边，由此活塞可以相对安静和平稳地运行。根据本发明的销孔2可以通过活塞1的同时摆动产生或叠加在钻孔上的钻孔产生，使得可以在单一工作步骤中从而在制造方面以简单和成本有效的方式制造根据本发明的特别横向椭圆形销孔2。特别地，不再需要在活塞凸台中的后续的铣削或车削的油保持容积。利用根据本发明的特别的横向椭圆形销孔2，由于减小的负载也可使用更轻质的活塞销，由此能够减小振动质量并因此减小运行所述内燃机的能量消耗。
具体而言，在制造直径D＝2厘米的根据本发明的销孔2时，可以选择下面的值来用于H(径向椭圆度的特征值)和KT(校正值)的值：

Claims (11)

1.一种用于内燃机的具有用于容纳活塞销的销孔的活塞(1)，其中所述销孔(2)为相对于所述活塞(1)的纵向轴线的横向椭圆，
其特征在于，
所述销孔(2)在α＝0°处(顶点)和在α＝180°处(最低点)以圆柱形的方式形成，并且在α＝90°处和α＝270°处(赤道)以带有油保持容积的椭圆形的方式形成，其中在赤道和顶点之间以及在赤道和最低点之间的过渡以连续可微的方式延伸，即没有棱边。
2.根据权利要求所述的活塞1，其特征在于，
所述销孔(2)在345°<α<45°及135°<α<225°处具有基本上圆柱形的形状。
3.根据权利要求1或2所述的活塞，其特征在于，
所述销孔(2)是线性椭圆形或双椭圆形。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的活塞，其特征在于，
所述销孔(2)的椭圆度以如下方式定义，
hKα＝0.5H*(1-cos(2α))+kα，其中kα＝0.5*Kt*(1-cos(4α))
其中：
H是带符号的径向椭圆度标称值[毫米]，
hα是在角度α处(径向)椭圆度[毫米]，
hKα是在角度α处校正的(径向)椭圆度[毫米]，
α是角度，
Kt为校正值。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的活塞，其特征在于，
所述销孔(2)的椭圆度以如下方式定义，
hKα＝0.5H*(1-cos(2α))+kα，其中kα＝0.5*Kt*(1-cos(4α))*|sinα|
其中：
H是带符号的径向椭圆度标称值[毫米]，
hα是在角度α处(径向)椭圆度[毫米]，
hKα是在角度α处校正的(径向)椭圆度[毫米]，
α为角度，
Kt为校正值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的活塞，其特征在于，
所述销孔(2)在340°<α<20°及130<α<230°处具有rd<2微米的与圆形形状径向偏移。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的活塞，其特征在于，
所述销孔(2)在α约为90°和α约为270°处具有10微米<rd<50微米的与圆形形状的径向偏移。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的活塞，其特征在于，
所述销孔(2)除了横向的椭圆度之外还具有竖直的椭圆度(HO)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的活塞，其特征在于，
特别是对称的或不对称的内部和/或外部成型的孔，叠加在所述至少一个销孔(2)上。
10.一种用于制造根据前述权利要求任一项所述的活塞(1)的方法，其中，借助于所述活塞(1)的同时摆动或者叠加在钻孔上的钻孔来以横向椭圆形的方式钻所述销孔(2)。
11.一种用于制造根据权利要求1至9中任一项所述的活塞(1)的方法，其中借助于磁性安装的钻床主轴以横向椭圆形的方式钻所述销孔(2)，所述磁性安装的钻床主轴随着旋转径向同步地偏转。
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