CN1922421A - 内燃机活塞的活塞销轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机活塞的活塞销轴承，在该活塞销轴承内支承有圆柱形活塞销(8)。本发明的目的在于，提供一种相对于现有技术改进的活塞销座孔形状，以便明显降低活塞的机械应力，从而延长活塞的使用寿命，同时，通过这种形状避免在活塞销轴承中产生噪声。本发明是通过这样的方式实现上述目的：高度椭圆形表面的在活塞销座顶点上延伸的母线(3)在活塞侧从径向外部往径向内部以角度(α)向着活塞销座轴线(x)倾斜延伸，使得在活塞销座孔(2)各自的内端上产生由椭圆的直径定义的最大的椭圆度，且该椭圆度不超过椭圆直径的预定值。

Description

内燃机活塞的活塞销轴承

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机活塞的带有活塞销座孔的活塞销轴承，在该活塞销轴承内支承有活塞销。

背景技术

关于以内燃机活塞适合于载荷和变形的活塞销座孔的构造，例如从DE21 52 462 B2，DE 41 41 279 A1和DE 30 36 062 C2中均可得知。在那里所述活塞销座的形状是基于这样的普遍认知，即作用于活塞顶部上的燃气压力通过活塞销座传递到活塞销上，因此，活塞销由于其在连杆中的转动而周期性地弯曲。按照通常的设想，活塞销座孔因此既在水平平面又在垂直平面上，特别是在活塞销座孔的顶点和底点上承受拉应力、压应力和弯曲应力。为了适应这种变形，DE 21 52 462 B2推荐了一种活塞销座形状，其中，活塞销座孔的母线是弯曲的，活塞销座孔的轴线朝向活塞中心有点轻微的弯曲，且活塞销座孔的横截面呈椭圆形，该椭圆的短半轴平行于活塞纵轴线延伸。

DE 30 36 062 C2提出，活塞销座孔的横截面呈椭圆形，且该椭圆的长半轴平行于活塞纵轴线延伸。此外，活塞销座孔的远离活塞纵轴线的的侧面具有较大的椭圆度，而活塞销座孔的靠近活塞纵轴线的侧面具有较小的椭圆度。在另一实施方式中，在活塞销座孔顶点上的母线是倾斜的。

然而，上述列举的所有活塞销座孔的形状在实际中都并不能阻止以下问题的发生：在工作了几百个小时后，由于点火压力不断加大，随着活塞载荷的不断增加在凹室边缘区域及凹室底部区域出现裂缝。产生裂缝的原因可能在于活塞销和活塞的变形以及由此在各个关键部位产生的应力。为了给予活塞销更多的变形空间，DE 16 50 206 A1提出了一种椭圆形的活塞销座孔，该椭圆的长轴垂直于活塞纵轴线。这会同时提高活塞销和活塞销座孔间的防止卡死的安全性和噪音。

DE 102 22 463 A1中公开活塞销座孔的一种仅在活塞销座的赤道-顶点-赤道区域内单侧形成的高度(highly)椭圆度，其中位于活塞销座孔顶点上的椭圆母线平行于活塞销座孔轴线延伸。通过这种设计，应该使在活塞轴线以外的区域，即活塞销座孔的侧面区域承受更大载荷。因此，由于相对于活塞销轴扩大的杠杆臂而产生了更大的力矩，该力矩减少了活塞围绕活塞销轴的弯曲。实践表明，上述设计虽然在一定程度上减少了活塞围绕活塞销轴的弯曲，但是效果并不令人满意。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种相对于现有技术改进的活塞销轴承的活塞销座孔形状，以便明显降低活塞内的机械应力以延长活塞的使用寿命，同时，通过这种形状避免在活塞销轴承中产生噪音。

通过权利要求1所述的技术特征达到本发明的目的。

一方面，通过仅在活塞销座的由赤道-顶点-赤道围成的区域内单侧形成的高度椭圆度，有利地实现在高度椭圆形活塞销座孔按照本发明的实施中，位于活塞轴线以外的区域，即活塞销座孔的侧面区域承受更大载荷。因此，由于相对于活塞销轴扩大的杠杆臂产生了更大的力矩。另一方面，相对于DE 102 22 463 A1，该作用还特别通过以下方式得到改进，即高度椭圆形表面的在活塞销座顶点上延伸的母线在活塞侧从径向外部往径向内部以一角度向着活塞销座轴倾斜延伸，使得在活塞销座孔各自的内端上产生了由椭圆的直径定义的最大椭圆度，且该椭圆度不超过椭圆直径的预定值。由此在燃烧室的凹室边缘和凹室底部上产生比现有技术更小的切向应力。

另一方面，仅在赤道-底点-赤道区域单侧形成的圆柱形的形状，其中该圆柱体的位于活塞销座孔的底点上的圆柱母线不再平行于活塞销座孔的轴线而延伸，通过该形状有利地实现，在活塞销从与活塞销座上侧接触转换到与活塞销座下侧接触时，进一步使活塞销和活塞销座之间的间隙减小到最小。

有利的进一步构造是从属权利要求的内容。

下面通过实施例进行进一步阐述本发明。

附图说明

图1是一个活塞的局部纵截面；

图2是活塞销座孔沿直线AA剖切的横截面；

图3是根据图1的活塞销座孔的局部放大图。

附图标记说明：

1活塞

2活塞销座孔

2.1 上活塞销座区域(高度椭圆形)

2.2 下活塞销座区域(圆柱形)

2.3 活塞销座的部分区域，高度椭圆形

2.4 活塞销座的部分区域，非高度椭圆形

3 顶点，位于顶点上的母线

4 底点，位于底点上的母线

5 整个活塞销座孔的表面

6 活塞裙

7 活塞销座孔的内端

8 活塞销挡圈槽

9 油槽

10 区域

x 活塞销座轴线，赤道

y 活塞轴

z 塞销座横轴线

y′ 椭圆的长半轴和下活塞销座区域的圆直径之间的差

具体实施方式

如图1所示，用于内燃机的活塞1具有活塞销座孔2，其中该活塞销座孔2包括上活塞销座区域2.1和下活塞销座区域2.2，在该活塞销座孔内支承有圆柱形活塞销(未示出)。在活塞销座孔位于靠近活塞侧的径向外端设有活塞销挡圈槽8和油槽9，其中该油槽可以在活塞销座孔的圆周侧面上环绕或部分环绕。根据图1和图2，上活塞销座区域设置在燃气压力侧，在该燃气压力侧中，活塞销座孔2的表面5在圆周侧面上沿着活塞销座轴线，在活塞销座赤道-活塞销座顶点-活塞销座赤道区域中的部分区域2.3中呈高度椭圆形，而在部分区域2.4中呈圆柱形。

在图2所示横截面中，高度椭圆形的表面在区域10内延伸，该区域10由两个半圆界定，其中一个半圆的直径为在由活塞销座赤道-活塞销座底点-活塞销座赤道围成的区域限定的活塞销座孔直径D，另一个半圆是上述直径为D的半圆沿活塞轴线y往活塞销座顶点方向平移y′而形成，其中y′为该限定的直径D的0.03％至0.5％。优选地，单侧呈高度椭圆形的表面具有下列椭圆参数，即

z＝A/2cosα}

y＝A/2sinα+¹/₂(B-A/2)-1/2(B-A/2)cos(2α}，0°≤α≤180°，

其中：

B：大的椭圆半径；

A＝D：小的椭圆直径；

D：活塞销座圆柱形部分的直径；

α：由任一射线与x轴构成的角度。

根据图1，高度椭圆形表面的在活塞销座顶点上延伸的母线3在活塞侧从径向外部往径向内部以β角向活塞销座轴线x倾斜延伸，使得在活塞销座孔各自的内端7分别产生了由椭圆直径2*B定义的最大的椭圆度，且该椭圆度不超过椭圆直径的预定值。在该实施例中，该椭圆直径的预定值由y′的值确定，该值是指椭圆的长半轴和圆形的下活塞销座区域2.2的圆直径之间的差。由于根据本发明，y′的值是确定的，同时母线3是从位于活塞销安全槽8和油槽9之间的0度开始线性上升地延伸，其中β角即等于0度，表明母线3平行于活塞销座孔的x轴延伸，因此可相应设定上升角β角。根据其他实施方式，比如说通过将上升的起点优选地沿活塞挡圈槽8的方向移动，则β角将变小。可以确定该角度为：0°≤β≤1°。

除了上述线性上升的实施方式外，母线3同样也可以多边形的方式上升，即如图3所示，母线3以多边形的方式上升(角γ)直至达到了椭圆直径的预定值，其中每经过多边形的一个边上升2.5角分。

对于整个活塞销座孔来说，位于底点上的母线4都是平行于活塞销座轴线x延伸，该轴线x垂直于活塞轴线y轴。合理的是，椭圆度为活塞销座孔直径D的0.03％至0.5％。在另一个未图示的实施例中，径向外部的活塞销座孔端部可以成弧形。同样地，在其他的实施方式中，径向内部的活塞销座孔区域可以作为型孔(Formbohrung)，但是该型孔不延伸至活塞销座孔2的径向外部的端部。

由于本发明的实施方式，活塞销座孔的外部区域内的径向应力更高，因此，由于相对于活塞销轴扩大的杠杆臂产生了更大的力矩，该力矩减少了活塞围绕活塞销轴的弯曲。这样不仅使得例如在凹室边缘产生更小的应力，而且使得燃烧室的其他区域承受更小的载荷。与开头所述的发明DE102 22 463 A1不同，本发明进一步改善了这些值。特别是上述凹室底部、在活塞销方向上的凹室边缘(MuRoBoRi)和冷却通道槽(KueKa)上的应力减小有助于活塞使用寿命的明显提高。

Claims (9)

1.一种用于内燃机活塞的带有活塞销座孔(2)的活塞销轴承，在该轴承内支承有活塞销，其中，所述活塞销座孔在活塞销座赤道-活塞销座顶点-活塞销座赤道区域内的表面(2.1)呈高度椭圆形，而在活塞销座赤道-活塞销座底点-活塞销座赤道区域内的表面(2.2)呈圆柱形，所述活塞销座孔在顶点和底点上的母线(3，4)相互平行，

其特征在于：

高度椭圆形表面的在活塞销座顶点上延伸的母线(3)在活塞侧从径向外部往径向内部以一角度(β)向着活塞销座轴线(Z)倾斜延伸，使得在活塞销座孔各自的内端(7)分别产生由椭圆直径定义的最大的椭圆度，且该椭圆度不超过椭圆直径的预定值。

2.如权利要求1所述的活塞销轴承，其特征在于，由所述角度(β)确定的母线(3)的上升仅仅包括活塞销座孔(2)的部分区域(2.3)。

3.如权利要求1所述的活塞销轴承，其特征在于，由所述角(β)确定的母线(3)的上升是线性的。

4.如权利要求1所述的活塞销轴承，其特征在于，所述母线以多边形的形式上升，每个多边形角为2.5角分。

5.如权利要求2所述的活塞销轴承，其特征在于，所述活塞销座孔(2.4)的非高度椭圆形的部分区域(2.4)是圆柱形。

6.如权利要求1所述的活塞销轴承，其特征在于，所述活塞销座孔(2)具有型孔区域。

7.如权利要求1所述的活塞销轴承，其特征在于，所述高度椭圆形表面在区域(10)内延伸，该区域(10)由两个半圆界定，其中一个半圆的直径为在活塞销座赤道-活塞销座底点-活塞销座赤道区域限定的活塞销座孔直径(D)，另一个半圆是由所述具有直径(D)的半圆沿活塞轴线(Y)往活塞销座顶点方向平移限定的活塞销直径D的0.03％至0.5％的距离而形成。

8.如权利要求7所述的活塞销轴承，其特征在于，所述平移的距离(Y′)为活塞销直径的0.03％至0.5％，优选为活塞销直径的0.1％至0.15％。

9.如权利要求1所述的活塞销轴承，其特征在于，在所述活塞销座孔(2)内有油槽、油窝、狭槽和油孔，用于供应润滑油。

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