具有銷孔潤滑特徵的活塞的製作方法

2023-05-21 11:57:06 1

專利名稱：具有銷孔潤滑特徵的活塞的製作方法
技術領域：
本申請大體上涉及用於內燃機的活塞，更具體地，是一種在活塞銷孔內具有潤滑 特徵的活塞。
背景技術：
在用於內燃機的活塞中，通常通過該活塞軸向間隔開並對齊的銷孔而提供潤滑特 徵。典型地，該潤滑特徵包括在該銷孔相反側面之間繞銷孔周緣延伸的凹口。加油口典型 地從供油源(例如活塞的油道)延伸入相關聯的凹口。雖然這些結構通常為銷孔提供了合 適的潤滑度，以減少銷孔和穿過銷孔延伸的活塞銷之間的摩擦，但它們減少了銷孔的可用 軸承表面，因此，在銷孔和活塞銷之間的載荷增加。這在載荷相對較高的應用中尤為突出， 例如在高性能、高馬力發動機的應用中。另外，由於凹口與加油口相交要求精細加工，因此 活塞的製造較為複雜。 通常還可以整合包括扇形凹口的潤滑特徵，改扇形凹口縱貫銷孔的整個寬度軸向 延伸。該扇形凹口具有的加油口通過油源(例如從活塞的油道)輸送油料。該扇形凹口用 於在銷轂內分配油料，同時還用做油料的儲油器，以提供銷孔內的持久潤滑。

發明內容
—種活塞具有帶有冠頂和一對銷轂的活塞主體，該對銷轂具有沿中央軸對齊的銷 孔。該銷孔具有軸承表面，其中至少一個凹口軸向延伸穿過至少一個該軸承表面。凹槽繞 該軸承表面周向地延伸，並設置為與該凹口成流體連通，其中該凹口的末端終止於該軸承 表面之內。由此，該軸承表面具有凹口和凹槽的潤滑特徵，並具有不間斷的軸承表面部分， 從而最大化了該不間斷部分內銷孔的載荷能力。 因此，由於該潤滑特徵，該銷孔能夠具有在其軸承表面和其內容納的活塞銷之間 保持的潤滑膜層。另外，具有該潤滑特徵的銷孔的載荷能力通過該不間斷軸承表面部分而 被增強。具有該潤滑特徵的活塞可被應用於多種內燃機中，包括那些具有高性能要求和空 間限制的內燃機，並且在製造上較為經濟，且具有更長的使用壽命。


結合以下對當前優選實施方式和最佳形式的描述、後附權利要求和附圖，本發明 的上述和其它特徵和優點將會被更容易理解，其中 圖1是具有根據一個當前優選實施方式在活塞銷孔內構成具有潤滑特徵的活塞 的示意圖； 圖2是大致沿銷孔中央軸的活塞的截面示意 圖3是圖2截面的平面圖； 圖4是圖3中被圍繞區域的放大視圖； 圖5是大致沿圖3中箭頭5方向看去的平面視圖； 圖6是大致沿銷孔中央軸的活塞的截面底視圖； 圖7是具有根據另一當前優選實施方式構成的具有潤滑特徵的活塞的示意圖；以 及 圖8是圖7中活塞的部分截面視圖。
具體實施例方式
更具體地參考附圖，圖l顯示了在高性能發動機(例如那些使用於賽車或船中的 發動機)中使用的活塞10。活塞10具有冠頂12，它帶有從上部表面16向下延伸的環狀外 部帶環(ring belt) 14，並且該活塞10具有從該冠頂12懸垂下來的一對銷轂18。該對銷轂 18分別具有大致上平面狀的內、外壁20、21。內壁20彼此側向地間隔開足夠的距離，以容 納其間的連杆(圖未示)的小末端。銷轂18具有沿中央軸24彼此軸向地對齊的銷孔22， 其中銷孔22尺寸設計為用於容納活塞銷(圖未示)，以將活塞10連接到連杆。銷孔22優 選地具有鄰近外壁21的環形凹槽26，用於容納扣環(圖未示)，以便於將活塞銷保持為組 裝後狀態。銷孔22具有在其內延伸有潤滑特徵的軸承表面28，其中該潤滑特徵包括凹口 30，也可稱為扇形凹口 ，其軸向延伸穿過軸承表面28，還包括凹槽32，其繞軸承表面28的周 緣部分地延伸，並與凹口 30相交，並與該凹口成流體連通。潤滑特徵便於在軸承表面28和 活塞銷之間的油料流動，並且由此，在使用中可用於減小銷孔20和活塞銷之間的摩擦，這 進而延長了組件的使用壽命。 各銷孔22優選地具有至少一個凹口 30，並且更優選地具有一對凹口 30。如圖5 所示，圖中的凹口示例地顯示為在各自銷孔22的大致相對側，彼此成鏡像關係。凹口 30從 軸承表面28向外徑向地延伸入銷轂18，並優選地縱貫相對的內、外壁20、21之間的銷轂的 整個寬度。凹口 30優選地為凹面狀，以促進通過的流體流動，當然，如有需要，它們也可具 有其他不同的輪廓。利用凹面輪廓，凹口 30形成相對於軸承表面28的平穩過渡，這總體上 促進了層流流動。該凹面輪廓可在比如拉削(broaching)操作中形成，其具有的曲率半徑 小於軸承表面28的半徑。以示例而非限定的方式，凹口 30形成為繞銷孔22的周緣跨過約 20-40度之間的圓弧31，此處顯示為約33度的圓弧31。另外，凹口 30優選地形成為具有約 0. 020-0. 40英寸的最大深度33。各凹口 30相對於穿過中央軸24延伸的水平面32向上偏 離，其中凹口 30的一部分從中央軸24向上延伸約25度，而另一部分從中央軸24向下延伸 約8度。應當認識到，凹口 30可以此處描述之外的其他方式形成，因為此描述意在覆蓋當 前優選的實施方式，而並非包括全部。 具有凹口 30中一個的各銷孔20還具有至少一個凹槽32。凹槽32從各自扣環凹 槽26向內徑向設置，並延伸至周緣地從凹口 30遠離的至少一個末端，優選地延伸至周緣地 從凹口 30遠離的一對相對末端34、35。凹槽32可形成為具有恆定的曲率半徑36，其中該 曲率半徑36的中央軸38從銷孔22的中央軸24偏離。凹槽32的中央軸38優選地從銷孔 22的中央軸24垂直向下偏離，從而凹槽32具有最深部分(例如約0. 018-0. 022英寸的深 度)位於銷孔22的底部部分，並逐漸減弱至它們的相對末端34、35，以形成從凹槽32到朝向銷孔22上部部分的軸承表面28的平滑過渡。優選地，凹槽32繞銷孔22跨過約280-300度的圓弧，並且由此，軸承表面28具有跨過約60-80度的連續的、不間斷表面40。由此，由於凹槽32從中央軸24偏離，所述凹槽以一定深度穿過凹口 30，並朝向它們的相對末端34、35以另一個深度從凹口 30退出，其中穿過深度稍大於退出深度。 不間斷表面40優選地繞銷孔22的上部部分對稱形成，從而該表面40所具有的對稱的不間斷部分遠離軸承表面28的頂端42周向延伸大致上相等的距離。因此，不間斷部分40提供在活塞上行衝程中以及在壓迫過程中與活塞銷相作用的最大載荷表面。利用由該潤滑特徵提供的增強潤滑，以及在不間斷表面上獲取的最大載荷表面，最大化了活塞銷和活塞的使用壽命。 在操作中，油料可通過凹口 30滲入銷孔22，然後通過凹槽32大致上均勻地凹槽32繞軸承表面28流通。雖然上述討論的活塞結構不具有進入銷孔22的送油口 ，但應當理解，油料可由穿過該扣環(圖未示)流通而容易地找到進入銷孔22的路徑，更具體地，在連杆(圖未示)的小末端和銷孔22內壁之間。不具有送油口的好處是可沿整個銷孔22保持油膜層，因為油料不能通過送油口從銷孔22向外改變流向。 雖然上述討論的活塞10不具有延伸入銷孔22的油道或送油口，但如圖7和8所示，活塞110具有油道50以及與上述討論相同的潤滑特徵，這也在本發明考慮的範圍之內。為方便起見，活塞110中與上述討論類似的特徵給於標號偏移量100。大致上，為本發明目的，活塞IIO與上述討論活塞IO之間的最顯著不同是活塞110具有封閉的油道50。這種活塞具體地在受讓給本申請人的轉讓人的US專利號6，513，477(以下稱為"'477專利")中討論過，該'477專利通過引用整體合併入此處。 活塞110包括具有沿軸承表面128軸向延伸的凹口 130的銷孔122及繞銷孔122部分地延伸的周向凹槽132。加油口 52設置為與油道50和凹口 130成流體連通。因此，在油料從相反側120、 121進入銷孔122之外，油料還可通過加油口 52從油道導入銷孔122。其他方面，活塞110的潤滑特徵大致與上述相同，因此不需進一步解釋。
明顯地，根據以上教導，本發明的許多修正和變型是可能的。因此，應當理解，在後附權利要求的範圍內，本發明可不同於上述具體描述通過其他方式實施。
權利要求
一種活塞，包括具有冠頂的活塞主體；一對銷轂，其具有沿中央軸對齊的銷孔，所述銷孔具有軸承表面；至少一個凹口，其軸向延伸穿過至少一個所述軸承表面；以及與所述至少一個凹口成流體連通的凹槽，所述凹槽繞所述至少一個所述軸承表面在周向上延伸，並且其末端終止於在所述至少一個所述軸承表面之內。
2. 根據權利要求1所述的活塞，其中所述凹槽具有一對周向遠離所述的末端。
3. 根據權利要求2所述的活塞，其中所述至少一個所述軸承表面在所述凹槽的所述一 對末端之間具有不間斷部分。
4. 根據權利要求3所述的活塞，其中所述不間斷部分在所述中央軸和所述冠頂之間。
5. 根據權利要求4所述的活塞，其中所述不間斷部分在約60-80度之間延伸。
6. 根據權利要求1所述的活塞，其中所述至少一個軸承表面具有沿所述至少一個所述 軸承表面軸向延伸的不間斷部分，所述不間斷部分不具有所述凹槽。
7. 根據權利要求1所述的活塞，其中所述凹槽在與所述至少一個凹口相對的方向上周 緣地延伸。
8. 根據權利要求1所述的活塞，其中所述冠頂具有油道，並進一步包括設置為與所述 油道和所述至少一個凹口成流體連通的加油口 。
9. 根據權利要求1所述的活塞，其中所述凹槽以漸變的錐度過渡到所述末端。
10. 根據權利要求1所述的活塞，其中所述凹槽具有恆定的半徑。
11. 一種活塞，包括 具有冠頂的活塞主體；一對銷轂，其具有沿中央軸對齊的銷孔，所述銷孔具有周向延伸的軸承表面； 至少一個凹口 ，其軸向延伸穿過至少一個所述軸承表面；以及與所述至少一個凹口成 流體連通的凹槽，所述凹槽繞所述軸承表面延伸小於360度。
12. 根據權利要求11所述的活塞，其中所述凹槽具有至少一個在所述軸承表面終止的 末端。
13. 根據權利要求12所述的活塞，其中所述凹槽具有漸變到所述末端的的錐度。
14. 根據權利要求12所述的活塞，其中所述凹槽具有一對終止於在所述軸承表面的末丄山順。
15. 根據權利要求14所述的活塞，其中所述凹槽具有到漸變至所述一對末端的錐度。
16. 根據權利要求14所述的活塞，其中所述至少一個所述軸承表面具有在所述凹槽的 所述一對末端之間軸向延伸的不間斷部分。
17. 根據權利要求16所述的活塞，其中所述不間斷部分在所述中央軸和所述冠頂之間。
18. 根據權利要求16所述的活塞，其中所述不間斷部分在約60-80度之間延伸。
19. 根據權利要求11所述的活塞，其中所述冠頂具有油道，並進一步包括設置為與所 述油道和所述至少一個凹口成流體連通的加油口 。
20. 根據權利要求11所述的活塞，其中所述凹槽具有恆定半徑。
21. 根據權利要求20所述的活塞，其中所述恆定半徑具有從所述銷孔中央軸偏移的中 央軸。
全文摘要
一種活塞具有一對銷轂的活塞主體，該對銷轂具有沿中央軸對齊的銷孔。該銷孔具有軸承表面，其中至少一個凹口沿至少一個該軸承表面軸向延伸。一個凹槽繞該軸承表面周向部分地延伸，並設置為與該凹口成流體連通。該凹口和凹槽提供銷孔的潤滑特徵，同時該軸承表面具有用於增強載荷承載能力的不間斷部分。
文檔編號F02F3/00GK101715512SQ200880019384
公開日2010年5月26日 申請日期2008年4月10日 優先權日2007年4月10日
發明者加裡·D·道迪, 傑弗裡·D·威克森, 約翰·戴維·奧華比, 詹姆斯·拉塞爾·海耶斯 申請人:費德羅-莫格爾公司