专利名称：用于内燃发动机的气缸内的活塞的制作方法
技术领域：
用于内燃发动机的气缸内的活塞
技术 域本实用新型涉及一种用于往复活塞式内燃发动机的活塞并具体涉及了改善所述 活塞的润滑。
背景技术：
已知示例GB-A-2，448，544提供了一种活塞，其具有多个凹槽以保持在活塞与气 缸壁发生摩擦接触的区域内的油。尽管GB-A-2，448，544显示的设计相对于已知的设计有 所改进，本实用新型的发明人已经意识到，通过如本文所描述的方式变更凹槽的位置和朝 向，可以得到进一步的改进。
发明内容本实用新型的一个目的提供一种具有改善的油保持性能的活塞。依照本实用新型提供了一种用于内燃发动机气缸内的活塞，所述活塞具有从活塞 顶端延伸冠状部分，依靠冠状部分以限定的活塞底端的椭圆桶状活塞裙，以及活塞裙的推 力侧面和反推力侧面上的接触区域，其中每个接触区域具有由间隔的延长凹槽的列在每个 纵向侧面上界定的各自的中间部分，每个延长凹槽具有被设置为相对于各自接触区域的纵 轴成一角度的纵轴，以减小在活塞使用期间沿圆周方向从各自接触区域的中间部分流出的 油。这样的优点是更多的油可以被保持在中心区域的中心部分上，从而降低活塞的摩 擦和磨损。接触区域的横轴可将每列分为一对上部组和一对下部组，并且上部组中的凹槽被 设置朝向，从而减少在活塞的向上运动期间从中心区域流出的油。在上部组的每个凹槽可被设置为朝向横轴以人字形排列。在上部组的每个凹槽可具有内端和外端，并且每个凹槽的内端被设置为比外端 更接近活塞的顶端。在上部组的每个凹槽可具有内端和外端，并且在上部组的每个凹槽具有的内端被 设置为比外端更接近接触区域的纵轴。接触区域的横轴可将每列分为一对上部组和一对下部组，并且下部组中的凹槽被 设置朝向，从而减少在活塞的向下运动期间从中心区域流出的油。 在下部组的每个凹槽可被设置为朝向横轴以人字形排列。在下部组的每个凹槽可具有内端和外端，并且每个凹槽的内端被设置为比外端更 接近活塞的顶端。在下部组的每个凹槽可具有内端和外端，并且在下部组的每个凹槽具有的内端被 设置为比外端更接近接触区域的纵轴。凹槽的朝向可被设置，以当活塞使用时促进油流入各个接触区域的中心部分。由于活塞的椭圆形状，接触区域的纵轴被可设置为与活塞裙的表面上高点的连线重合。由于活塞的桶形形状，接触区域的横轴被可设置为与活塞裙的表面上高点的连线重合。两个接触区域中的每一个可具有形成在其上的涂层，并且凹槽被形成在涂层上。
本实用新型可以参考下述附图以示例方式被描述图1是发动机活塞的正视图，其显示了在活塞裙的推力侧面和反推力侧面之一上 的接触区域；图2是沿图1中A-A线的剖视图；图3是沿图1中B-B线的剖视图；图4与图1类似，但其显示了接触区域的中心部分；图5是图4所示接触区域的放大视图，其显示了基于本实用新型的油保持凹槽的 位置和朝向；图6a是图5所示接触区域的放大视图，其显示了其中4个油保持凹槽的更多的细 节；以及图6b沿是图6a中6-6线的剖视图。
具体实施方式
参照附图，活塞10在其顶端具有冠状部分11，并且依靠冠状部分11的活塞裙13 限定了活塞10的底端。如本领域技术人员公知的，冠状部分11具有多个沿圆周延伸的槽， 其中活塞环12被放置在所述槽内。如图3所示，活塞裙13在横截面上是椭圆形的，并且如图2所示，在纵截面上是桶 形的。活塞裙13限定了两个孔16，其用于支持活塞销(未显示)，以将活塞10转轴联接 到连杆(未显示)。活塞销将活塞10连接到连杆，以使活塞能够绕横轴X-X摆动或转动。活塞10具有在活塞裙13推力侧面和反推力侧面上的两个沿直径相对的接触区域 (在图中只显示了活塞10的推力侧面上的接触区域15)，所述接触区域通过诸如丝网印刷 等方式涂覆了低摩擦抗磨涂层。尽管推力和反推力是本领域技术人员的术语，它们的详细 描述可参考美国专利6，345，569。每个接触区域15包含一个中心接触区域20，在此处，发动机的汽缸壁和与其相配 合的活塞10的活塞裙13发生接触。为了在不增加泵油损耗的情况下减小摩擦，保证所述 中心区域20的润滑而不必大量供油是重要的。因为活塞10在发动机的汽缸中往复运动时会绕横轴X-X摆动，所述活塞的桶形 (barrelling)大致以横轴X-X为中心。所述的桶形会导致汽缸壁和活塞裙13不再互相平 行，并且在往复运动中，活塞10绕横轴X-X的摆动与活塞裙13的桶形形状的结合导致无论 活塞10的运动方向为何，活塞裙13与气缸壁之间的余隙容积(trapped volume)都向桶形 最满的部分汇集。在这些汇集的余隙容积之间的油的相对运动生成了流体油轴承支承并减 小了活塞10与气缸壁之间的摩擦与磨损。[0032]桶形的最满的区域导致了落在沿活塞裙13的一部分的圆周方向伸展的线上的第一组高点，并且每个接触区域的横轴HPl与活塞裙13表面上的高点连成的线重合，从而将 每个接触区域15分成上下两部分。活塞裙13的椭圆形状还在活塞裙13的推力侧面产生了一系列落在一条纵向沿 着活塞裙13 —侧的各接触区域的线上的高点并因此将各接触区域15分成了左手部分和右 手部分，并且中间部分20的纵轴HP2与活塞裙13的表面的高点连成的线重合。同样，活塞 裙13的椭圆形状还在活塞裙13的反推力侧面产生了一系列落在一条纵向沿着活塞裙13 一侧的各接触区域的线上的高点并因此将各接触区域分成了左手部分和右手部分，并且中 间部分的纵轴HP2与活塞裙13的表面的高点连成的线重合。在使用中，在每个接触区域15的左手侧部分的油倾向于从纵向高点HP2流向左 边，相似的，在每个接触区域15的右手侧部分的油倾向于从纵向高点HP2流向右边。特别参见图5到6b可以看出，接触区域15在此处有一系列延长的凹槽25。凹槽 25可以通过用于为接触区域施加摩擦涂层的丝网印刷过程的一部分的被形成，也可以通过 激光蚀刻，或其它可行方法被形成。凹槽25的尺寸取决于活塞10的尺寸和合具体的工程 实施，不过，对直径90mm的活塞，每个凹槽25通常3mm长，0. Imm宽，0. 02mm深，周边涂层的 表面光洁度(Rz)大约在5到10微米的范围内。由于凹槽25会干扰液压润滑并且增加潜 在的摩擦损耗，保证接触区域的中间部分20没有凹槽25是必要的。每个接触区域15的中间部分20由被分隔开的延长凹槽25组成的列C1，C2界定， 每个凹槽都有一个与中心区域15的纵轴HP2成角度(θ，ω)的纵轴‘L’以减小在活塞10 使用期间来自于接触区域15的中间部分20中的沿圆周方向的油的流动。每个凹槽25，如 图6b剖视图中所示，都有侧壁26和很浅的底27，并且如图所示，有同样的深度或者沿其长 度，或宽度，或者两者同时变化的深度。接触区域15的横轴HPl将每一列Cl，C2分成了上部组和下部组。位于上部组中的凹槽25在下文中被赋予了参考标号21，23并且与纵轴HP2成一 锐角θ以减小在活塞10向上运动时(见图6a中箭头U)从中间部分20流出的油。位于下部组中的凹槽25在下文中被赋予了参考标号22，24并且与纵轴HP2成一 斜角ω以减小在活塞10向下运动时(见图6a中箭头D)从中间部分20流出的油。上部组中的凹槽21，23排成指向横轴HPl的人字形状，而下部组中的凹槽22，24 排成指向横轴HPl的人字形状。每个上部组中的凹槽21，23都有一个内端IE和一个外端OE并且凹槽21，23的内 端IE比凹槽21，23的外端OE更靠近横轴HP1。也就是说，内端IE比外端OE离活塞10的 顶端更远，并且每个孔21，23的内端IE比外端OE距离中间部分20的纵轴HP2更近。因 而，当活塞10沿向上的方向‘U’运动时，由于凹槽21，23的朝向和在其中自然发生的压力 变化，在凹槽21，23中油将被驱使从外端OE流向内端IE。因此在两个上部组中的凹槽21， 23在活塞10的使用中将促进油流入接触区域15的中间部分20中并且倾向于向纵轴HP2 和横轴HPl方向都泵油，因而减小了从中间部分20流出的油的损失。不过，需要注意到仍 有部分油从中间部分20向活塞冠部逃逸，并且从纵轴HP2沿着活塞裙13的圆周散开。不 过，由于凹槽21，23的存在和它们的泵油作用，这类损耗被减小。每个下部组中的凹槽22，24都有一个内端IE和一个外端OE并且凹槽22，24的内端IE比凹槽22，24的外端OE更靠近横轴HPl和活塞10的顶端，并且凹槽22，24的内端IE比外端OE更靠近中间部分20的纵轴HP2。因而，当活塞10沿向下的方向‘D，运动时，由 于凹槽22，24的朝向和在其中自然发生的压力变化，在凹槽22，24中油将被驱使从外端OE 流向内端IE。因此在两个下部组中的凹槽22，24在活塞10的使用中将驱使油流向接触区 域15的中间部分20中并且倾向于向纵轴HP2和横轴HPl方向都泵油，因而减小了从中间 部分20流出的油的损失。不够，需要注意到仍有部分由从中间部分20向活塞裙13的底端 逃逸，并且从纵轴HP2沿着活塞裙13的圆周散开。不过，由于凹槽22，24的存在和它们的 泵油作用，这种损耗被减小。从而，所有凹槽21、22、23、24的朝向都被安排成有利于在活塞10工作时油流向接 触区域15的中间部分20。在使用中，当活塞10沿向下的方向‘D’运动时，横轴HPl下会形成流体压力，并且 在横轴HPl上或附近达到峰值。该压力会向着横轴HPl的上部迅速下降，因而活塞10向下 运动时两个上部组中的凹槽21，23很少或没有影响。不过，由于横轴HPl下面的高压，凹槽 22，24在圆周方向上有效地减低了开始于中间部分20的压力损耗。如图6a所示，当活塞 10沿向下的方向‘D’运动时，油沿着相对活塞裙13的Fd方向，进入到凹槽22，24中并沿着 凹槽22，24流到凹槽22，24内端IE，并在那里成为沿着Fd2方向流向横轴和纵轴HPl和HP2 的流动，因而返回了一部分相对于中间部分20将被在泵式运动中损失掉的油。同样，当活塞10沿向上的方向‘U’运动时，在横轴HPl上部流体压力会增大，并且 在靠近或位于横轴HPl上时达到峰值。该压力会向着横轴HPl的靠下一侧迅速下降，因而 活塞10向上运动时两个下部组中的凹槽22，24很少或没有影响。不过，由于横轴HPl上面 的高压，凹槽21，23在圆周方向上有效地减低了开始于中间部分20的压力损耗。如图6a 所示，当活塞10沿向上的方向‘U’运动时，油沿着在相对活塞裙13 WFu方向，进入到凹槽 21，23中并流到凹槽21，23内端IE，在那里形成流向横轴和纵轴HPl和HP2的油流Fu2，因 而返回了一部分相对于中间部分20将被在泵式运动中损失掉的油。因此，总的来说，本实用新型提供了一种通过在活塞裙的重要的位置上增加凹槽 以促进油膜的保持的低成本的减小摩擦从而减小油料消耗的手段。凹槽形成了高油压区域 与周边低油压区域之间的局部的阻碍，并且在活塞工作期间起到了减低高油压区域的油损 耗的作用。需要认识到对于本领域技术人员，尽管本实用新型已经参考一个或多个实施例加 以举例描述，本实用新型并不限于已经公开的实施例。并且，在不超出本实用新型权利要求 中限定的范围内，对已经公开的实施例及其替代实施例的一个或多个修改是有可能的。
权利要求1.一种用于内燃发动机气缸内的活塞，所述活塞具有从所述活塞顶端延伸的冠状部 分，依靠所述冠状部分以限定所述活塞底端的椭圆桶状活塞裙，以及所述活塞裙的所述推 力侧面和反推力侧面上的接触区域，其特征在于，所述每个接触区域具有由间隔的延长凹 槽的列在每个纵向侧面上界定的各自的中间部分，每个所述延长凹槽具有被设置为相对于 各自所述接触区域的纵轴成一角度的纵轴，以减小在所述活塞使用期间沿圆周方向从各自 所述接触区域的所述中间部分流出的油。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述接触区域的所述横轴将每列分为一 对上部组和一对下部组，并且所述上部组中的所述凹槽被设置朝向，从而减少在所述活塞 的向上运动期间从所述中心区域流出的油。
3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，在所述上部组中的所述凹槽被设置为朝 向所述横轴以人字形排列。
4.根据权利要求2或3所述的活塞，其特征在于，在所述上部组中的每个所述凹槽具有 内端和外端，并且每个所述凹槽的所述内端被设置为比所述外端更远离所述活塞的所述顶 端。
5.根据权利要求2或3中任意一项所述的活塞，其特征在于，在所述上部组中的每个所 述凹槽具有内端和外端，并且在所述上部组中的每个所述凹槽具有的所述内端被设置为比 所述外端更接近所述接触区域的所述纵轴。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的活塞，其特征在于，所述接触区域的所述横轴 将每列分为一对上部组和一对下部组，并且所述下部组中的所述凹槽被设置朝向，从而减 少在所述活塞的向下运动期间从所述中心区域流出的油。
7.根据权利要求6所述的活塞，其特征在于，在所述下部组中的所述凹槽被设置为朝 向所述横轴以人字形排列。
8.根据权利要求6所述的活塞，其特征在于，在所述下部组中的每个所述凹槽具有内 端和外端，并且每个所述凹槽的所述内端被设置为比所述外端更接近所述活塞的所述顶 端。
9.根据权利要求7-8中任意一项所述的活塞，其特征在于，在所述下部组中的每个所 述凹槽具有内端和外端，并且在所述下部组中的每个所述凹槽具有的所述内端被设置为比 所述外端更接近所述接触区域的所述纵轴。
10.根据权利要求1-3中任意一项所述的活塞，其特征在于，所述凹槽的朝向被设置成 当所述活塞使用时促进油流入各个所述接触区域的所述中心部分中。
11.根据权利要求1-3中任意一项所述的活塞，其特征在于，由于所述活塞的所述椭圆 形状，所述接触区域的所述纵轴被设置为与所述活塞裙的所述表面上高点的连线重合。
12.根据权利要求1-3中任意一项所述的活塞，其特征在于，由于所述活塞的所述桶形 形状，所述接触区域的所述横轴被设置为与所述活塞裙的所述表面上高点的连线重合。
13.根据权利要求1-3中任意一项所述的活塞，其特征在于，两个所述接触区域中的每 一个具有形成在其上的涂层，并且所述凹槽被形成在所述涂层上。
专利摘要本实用新型提供具有多个的延长凹槽(21、22、23、24)的用于发动机的活塞(10)，每个所述凹槽被设置为相对于在活塞(10)的推力侧面和反推力侧面上的接触区域(15)的纵轴HP2呈一角度。凹槽(21、22、23、24)被设置为两列C1，C2，每列位于接触区域(15)的中间部分(20)的一个纵向侧边，以形成了局部的阻碍，进而在活塞(10)工作期间降低中间部分(20)的油损耗。在接触区域(15)的横轴HP1之上和之下，凹槽(21、22、23、24)的朝向不同，从而在无关活塞(10)运动方向的情况下降低油损耗。
文档编号F16J1/04GK201874692SQ201020278339
公开日2011年6月22日 申请日期2010年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者I·G·派格 申请人:福特环球技术公司