活塞的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的具有用于容納活塞銷的銷孔的活塞(1)，其中所述銷孔(2)為相對(duì)于所述活塞(1)的縱向軸線的橫向橢圓。根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)在于，所述銷孔(2)在α＝0°處(頂點(diǎn))和在α＝180°處(最低點(diǎn))以圓柱形的方式形成，并且在α＝90°處和α＝270°處(赤道)以帶有油保持容積的橢圓形的方式形成，其中在赤道和頂點(diǎn)之間以及在赤道和最低點(diǎn)之間的過渡以連續(xù)可微的方式延伸，即沒有棱邊。由此，能夠以成本有利的方式制造具有良好承載能力的良好潤(rùn)滑的活塞(1)。
【專利說明】活塞

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的具有用于容納活塞銷的銷孔的內(nèi)燃機(jī)活塞。本發(fā)明還涉及一種用于制造這種活塞的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]DE 1650206 A公開了一種通用的具有用于容納活塞銷的銷孔的內(nèi)燃機(jī)活塞，所述銷孔相對(duì)于活塞的縱向軸線以橫向橢圓形的方式形成以便對(duì)進(jìn)行負(fù)載優(yōu)化。銷孔的橫向橢圓形的結(jié)構(gòu)的目的是，特別是確保在內(nèi)燃機(jī)的操作期間可靠地供油。橫向的橢圓形的銷孔也應(yīng)該具有噪聲衰減效果，并且能夠吸收活塞以及銷的不同的熱膨脹。
[0003]US 2990226也公開了一種具有橫向的橢圓形銷孔的通用活塞。
[0004]DE3609019 Cl中公開了一種用于制造筒狀活塞的銷孔的方法，其中在所述銷孔中從所述活塞的內(nèi)部起形成凹槽狀的凹部以避免凸臺(tái)裂紋。在連桿通過活塞的凸臺(tái)在曲軸縱向軸線的方向上引導(dǎo)的活塞中，潤(rùn)滑油從連桿小端被引入到所述凹槽中。為了在銷孔中封閉形成的凹槽的情況下在銷孔面積盡可能較少減少的情況下能夠引導(dǎo)潤(rùn)滑油到銷孔的徑向外部，在切割期間借助于切削凹槽的銑削刀具的位置改變來在凹槽上形成槽，所述槽徑向向外并作為油道槽。然而，形成所述槽需要第二工作步驟。
[0005]US 2007/0095200 Al類似地公開了一種具有橫向的橢圓形銷孔的通用活塞，在所述文件中提到的凹槽同樣必須在單獨(dú)的工作步驟中產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是對(duì)于通用類型的活塞給出一種改進(jìn)的或至少是替代的實(shí)施例，其通過聞效率的生廣而具有聞的承載能力和提聞的潤(rùn)滑性能。
[0007]該目的根據(jù)本發(fā)明通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題實(shí)現(xiàn)。有利的實(shí)施方案形成從屬權(quán)利要求的主題。
[0008]本發(fā)明基于如下總的想法，以橫向橢圓的方式構(gòu)造在本身已知的用于內(nèi)燃機(jī)的活塞中配置用于容納活塞銷的銷孔，并且在α =0°處，即在頂點(diǎn)處，并且在α = 180°處，即在最低點(diǎn)處以圓柱形的方式形成，并且在α大約為90°和270° (赤道)處以帶有油保持容積的橢圓的方式形成，其中在赤道和頂點(diǎn)之間以及在赤道和最低點(diǎn)之間的過渡以連續(xù)可微的方式延伸，即沒有棱邊。銷孔的該特定實(shí)施例允許在活塞和銷之間的接觸面在頂點(diǎn)(和最低點(diǎn))處幾乎彼此相對(duì)平行，由此在銷和活塞之間的面接觸能夠直接調(diào)整以傳輸氣體壓力載荷而不產(chǎn)生活塞繞銷的附加彎曲，該附加彎曲將導(dǎo)致在活塞上增加的負(fù)載。這通過如下方式實(shí)現(xiàn):銷孔至少在頂點(diǎn)區(qū)域中是大致圓柱形的，而在頂點(diǎn)和赤道之間的過渡區(qū)域中沒有形成棱邊，諸如在現(xiàn)有技術(shù)(US 2007/0095200 A1,DE3609019 Al，US 2990226 Α)中是這種情況。因此，根據(jù)本發(fā)明的橫向橢圓形的銷孔是校正的橫向橢圓形的銷孔，其是例如線性橢圓形或雙橢圓形。根據(jù)本發(fā)明的這樣銷孔可以借助于車床制造，其中在實(shí)際鉆孔或車削過程中，要么待被鉆孔的活塞要么回轉(zhuǎn)刀具對(duì)每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。此外，在該制造方法中特別的有利的是:在經(jīng)校正的橫向橢圓形銷孔能在單一的工作步驟中制造，因而不必在一個(gè)單獨(dú)的、第二工作步驟中車削或研磨油保持凹槽，如以前慣例一樣。橫向橢圓形的構(gòu)造意味著與例如純粹圓柱形的銷孔的情況相比能夠?qū)崿F(xiàn)顯著改善的銷潤(rùn)滑。通過根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在凸臺(tái)孔能夠創(chuàng)建與經(jīng)典橫向橢圓度一樣的油保持容積，該油保持容積不具有任何的棱邊并不加載于活塞頭。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的解決方案的一個(gè)有利的改進(jìn)中，銷孔在340° <α <20°及130〈α〈230°處具有rd〈2微米的與圓形形狀徑向偏移。幾乎圓柱形狀，并因此在頂點(diǎn)區(qū)域和在最低點(diǎn)區(qū)域中確保在活塞和銷之間的面接觸面，而沒有附加的活塞彎曲，以便關(guān)閉由橢圓度所增加的接觸間隙。由此產(chǎn)生在熱和機(jī)械方面高負(fù)荷活塞頭的通過繞銷的活塞彎曲產(chǎn)生的附加載荷。(這是傳統(tǒng)的橫向橢圓形的凸臺(tái)孔的典型缺點(diǎn)。)
[0010]所述銷孔有利地在α大約90°和α大約270°處、即在赤道區(qū)域中具有10微米<rd<40微米的與圓形形狀的徑向偏移。在此可以清楚地看出，所述銷孔的直徑在赤道區(qū)域中是大得多的，因此，明顯與在最低點(diǎn)和頂點(diǎn)處的直徑偏移，通過該徑向偏移可以創(chuàng)建用于潤(rùn)滑所必須的油保持凹槽或油保持容積。這樣的油保持容積特別是對(duì)于足夠的潤(rùn)滑是必要的，從而也是活塞的低噪音運(yùn)行所必要的。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明的解決方案的另一個(gè)有利的實(shí)施例中，銷孔除了橫向的橢圓度之外還具有豎直的橢圓度。因此在所述孔中的最大表面壓力例如轉(zhuǎn)移到+15°和-15°區(qū)域中。在活塞上的產(chǎn)生的力可以再次降低活塞的彎曲，并進(jìn)一步減輕活塞頭的負(fù)荷。由于這種豎直橢圓度，力輸入點(diǎn)也特別能夠從頂點(diǎn)和最低點(diǎn)轉(zhuǎn)移到相鄰的區(qū)域。
[0012]在根據(jù)本發(fā)明的解決方案的另一個(gè)有利的實(shí)施例中，銷孔另外以對(duì)稱或不對(duì)稱的喇叭形成。這些喇叭形狀根本上具有如下目的，避免了棱邊壓力和其他壓力增加，所述壓力增加在負(fù)載的情況下由于銷彎曲和橢圓化尤其出現(xiàn)。不對(duì)稱的形成，特別允許最低點(diǎn)側(cè)和頂點(diǎn)側(cè)不同地形成。這具有如下優(yōu)點(diǎn):喇叭的加寬部分能夠適應(yīng)于由于氣體和慣性力所產(chǎn)生的不同負(fù)荷以及必要時(shí)可以考慮用于梯形的或階梯形連桿的非對(duì)稱的凸臺(tái)。
[0013]本發(fā)明還基于如下總的想法，借助于所述活塞的同時(shí)擺動(dòng)或者疊加在鉆孔上的鉆孔來制造根據(jù)本發(fā)明的特別的橫向橢圓形銷孔。由于在鉆孔過程中，活塞或鉆孔擺動(dòng)，特別能夠在鉆或者車銷孔的同時(shí)制造在赤道區(qū)域中的油保持容積，從而不必在一個(gè)單獨(dú)的并從而在復(fù)雜的第二工作步驟中制造油保持容積，如以前慣例?？商鎿Q地，借助于磁性安裝的鉆床主軸也可以在一個(gè)工作步驟中制造這樣的形狀。對(duì)此的先決條件也是銷孔的連續(xù)可微的形狀。根據(jù)本發(fā)明的活塞從而在制造方面能夠高效率地制造并且從而以相對(duì)成本效益的方式制造，仍具有極聞的品質(zhì)。
[0014]本發(fā)明的其他重要特征和優(yōu)點(diǎn)可以在從屬權(quán)利要求，附圖和使用附圖的附圖相關(guān)的描述中找到。
[0015]不言而喻的是，上述的特征和那些仍將在下面要解釋的的特征不僅能夠在各種情況中在所給出的組合中使用，也能夠在其它組合中使用或者單獨(dú)使用，只要不脫離本發(fā)明的范圍。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施例在附圖中示出并且在下面的描述中進(jìn)行更詳細(xì)地說明，相同的附圖標(biāo)記指的是相同或相似的或功能上等同的部件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]在圖中:
[0018]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的活塞的示意性視圖，
[0019]圖2示意性示出說明根據(jù)本發(fā)明的特別是橫向橢圓形的銷孔的圖表；為了說明的目的夸大地示出，
[0020]圖3示意性示出說明不同的橫向的橢圓形銷孔的徑向偏移的圖表，
[0021]圖4示意性示出如圖2中所示的圖表,但另外具有豎直的橢圓形銷孔。

【具體實(shí)施方式】
[0022]根據(jù)圖1，根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)(未示出)的活塞I具有用于容納活塞銷(也未示出)的銷孔2，所述銷孔2相對(duì)于活塞I的縱向軸線即在本例中相對(duì)于豎直軸線以橫向橢圓形的方式形成。根據(jù)本發(fā)明，所述銷孔2那么在α =0°，即頂點(diǎn)，和在α =180°，即最低點(diǎn)處是圓柱形，而它在α =90°和270°時(shí)，即在赤道區(qū)域是保持油的體積的橢圓，例如以油保持凹槽的方式。在赤道與頂點(diǎn)之間和在赤道和最低點(diǎn)之間的過渡因而是連續(xù)可微的，也就是說，上述過渡沒有棱邊地延伸。由于銷2的圓柱形形狀，特別是在頂點(diǎn)區(qū)和在最低點(diǎn)區(qū)域中，所以銷孔具有相對(duì)較大區(qū)域，通過該相對(duì)較大區(qū)域銷孔與活塞銷以力傳遞的方式，實(shí)質(zhì)上平行的方式接觸。因此，銷孔2優(yōu)選地具有基本上圓柱形的形狀，在345° <α<45°及135° <α〈225°時(shí)。這與先前從現(xiàn)有技術(shù)中已知的橫向橢圓銷孔相比提供了很大的優(yōu)勢(shì)，即能夠避免在其他情況下在橢圓形的凸臺(tái)孔中出現(xiàn)的活塞的彎曲來關(guān)閉擴(kuò)大的接觸間隙。
[0023]銷孔2通?？梢岳缫跃€性橢圓或雙橢圓的方式來形成。雖然下面只提到一個(gè)銷孔2，但是應(yīng)當(dāng)清楚的是，對(duì)于每個(gè)活塞I通常存在兩個(gè)互相對(duì)齊的銷孔2。
[0024]如果觀察圖2，可以看出所述銷孔2在α =0°和α =90°之間的細(xì)節(jié)，在這種情況下根據(jù)本發(fā)明的特別是橫向的橢圓形銷孔2借助于所述線D (雙橢圓形)和E (線性橢圓形)來描述。應(yīng)該注意的是，雙橢圓形和線性橢圓形的特性曲線D，E與圓形孔A在α =O和α約為45°之間時(shí)是相同的，由此得到在所述活塞和銷之間的接觸區(qū)域中的相對(duì)恒定的間隙寬度。因此，所述線D和E在α =0和α約為45°之間的區(qū)域中接近圓曲線Α。
[0025]然而，在α =45°和α =90°之間，根據(jù)本發(fā)明的銷孔2的根據(jù)本發(fā)明的特性曲線D，E明顯地偏移圓形形狀，使得在α = 90°時(shí)已經(jīng)具有大約20微米的徑向偏移rd。這也清楚地顯示在圖3中，其中與圓形形狀的徑向偏移rd以毫米表示。在340° <α <20°及130° <α <32°的范圍內(nèi)，與圓形形狀的徑向偏移rd小于2微米，而在赤道區(qū)域中，也就是說，在α約為90°或270°的區(qū)域中，它大于10微米，并高達(dá)40微米。顯而易見的是在這種情況下，這兩個(gè)對(duì)稱的和非對(duì)稱的內(nèi)部和/或外部成型的孔(喇叭)可以疊加在銷孔2上。如果再次觀察圖3，可以看到，在根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的銷孔2中，即在分別用于雙橢圓形和線性橢圓形的特性曲線D和E中，從45°的角度α起才使用超過2微米的徑向偏移rd，而在橢圓B和正常的橢圓形C中的所述偏移早在20°時(shí)就出現(xiàn)，從而導(dǎo)致增加的活塞彎曲。當(dāng)然，在圖2至4所示的圖為了說明的目的夸大地示出。
[0026]為了能夠以算術(shù)的方式描述的專門橫向橢圓形銷孔2并且為了在頂點(diǎn)和最低點(diǎn)周圍的區(qū)域中獲得類似于圓形的形狀，校正被疊加到數(shù)學(xué)描述中，例如對(duì)于雙橢圓形，銷孔2的橢圓度例如被如下定義:
[0027]hK α = 0.5Η* (1-cos (2 α ))+k α ,其中 k α = 0.5*Kt* (l_cos (4 α ))
[0028]其中:
[0029]H是帶符號(hào)的徑向橢圓度標(biāo)稱值[毫米]，
[0030]ha是在角度α處(徑向)橢圓度[毫米]，
[0031]hKa是在角度α處校正的(徑向)橢圓度[毫米]，
[0032]α是角度，
[0033]Kt為校正值。
[0034]第一被加數(shù)對(duì)應(yīng)于經(jīng)典的橫向橢圓度。
[0035]可替換地，以這樣，銷孔2的橢圓度也可以如下定義:
[0036]hK a = 0.5H* (1-cos (2 a ))+k a ,其中 k a = 0.5*Kt* (l_cos (4 a )) * | sin a |
[0037]其中:
[0038]H是帶符號(hào)的徑向橢圓度標(biāo)稱值[毫米]，
[0039]ha是在角度α處(徑向)橢圓度[毫米]，
[0040]hKa是在角度α處校正的(徑向)橢圓度[毫米]，
[0041]α是角度，
[0042]Kt為校正值。
[0043]這種形狀對(duì)某些制造方法是有利的并且稱為線性校正。如果觀察圖4，可以看到，除了純橢圓度，銷孔2也可以具有豎直的橢圓度HO，這根據(jù)特性曲線F說明。
[0044]利用根據(jù)本發(fā)明的銷孔2，可以更好地支持活塞，從而大大提高了承載能力，由于在頂點(diǎn)區(qū)和在最低點(diǎn)區(qū)域，即在α在大約0°和180°的區(qū)域幾乎恒定的間隙寬度。由于橫向的橢圓度，在α的=90°和a = 270°的區(qū)域中能夠產(chǎn)生油容積，其能夠更好地潤(rùn)滑。本發(fā)明的思想是，以形成橫向的橢圓度這樣的方式，使得它在0°和180° (相當(dāng)于對(duì)于活塞頭是有益的)就像圓柱形凸臺(tái)孔作用，但在90°和270°處仍保持橫向橢圓度的油保持容積，以便使凸臺(tái)借助于潤(rùn)滑比圓柱形成型的孔更強(qiáng)。與狹槽等相比，優(yōu)點(diǎn)在于:不需要額外的工作步驟用于該容積，此外在凸臺(tái)孔中不產(chǎn)生棱邊。這樣成型的孔例如可以通過相應(yīng)的選擇上述數(shù)學(xué)描述或類似的描述的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。從頂點(diǎn)到赤道和從赤道到最低點(diǎn)的連續(xù)過渡意味著，特別省略了從現(xiàn)有技術(shù)中已知的棱邊，由此活塞可以相對(duì)安靜和平穩(wěn)地運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的銷孔2可以通過活塞I的同時(shí)擺動(dòng)產(chǎn)生或疊加在鉆孔上的鉆孔產(chǎn)生，使得可以在單一工作步驟中從而在制造方面以簡(jiǎn)單和成本有效的方式制造根據(jù)本發(fā)明的特別橫向橢圓形銷孔2。特別地，不再需要在活塞凸臺(tái)中的后續(xù)的銑削或車削的油保持容積。利用根據(jù)本發(fā)明的特別的橫向橢圓形銷孔2，由于減小的負(fù)載也可使用更輕質(zhì)的活塞銷，由此能夠減小振動(dòng)質(zhì)量并因此減小運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)的能量消耗。
[0045]具體而言，在制造直徑D = 2厘米的根據(jù)本發(fā)明的銷孔2時(shí)，可以選擇下面的值來用于H(徑向橢圓度的特征值)和KT (校正值)的值:

【權(quán)利要求】
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的具有用于容納活塞銷的銷孔的活塞(I)，其中所述銷孔(2)為相對(duì)于所述活塞(I)的縱向軸線的橫向橢圓， 其特征在于， 所述銷孔(2)在α = 0°處(頂點(diǎn))和在α = 180°處(最低點(diǎn))以圓柱形的方式形成，并且在α =90°處和α = 270°處(赤道)以帶有油保持容積的橢圓形的方式形成，其中在赤道和頂點(diǎn)之間以及在赤道和最低點(diǎn)之間的過渡以連續(xù)可微的方式延伸，即沒有棱邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的活塞1，其特征在于， 所述銷孔(2)在345°〈α〈45°及135°〈 α〈225°處具有基本上圓柱形的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活塞，其特征在于， 所述銷孔(2)是線性橢圓形或雙橢圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于， 所述銷孔(2)的橢圓度以如下方式定義，
hK α = 0.5Η* (1-cos (2 α ))+k α ,其中 k α = 0.5*Kt* (l_cos (4 α )) 其中: H是帶符號(hào)的徑向橢圓度標(biāo)稱值[毫米]， h α是在角度α處(徑向)橢圓度[毫米]， hKa是在角度α處校正的(徑向)橢圓度[毫米]， α是角度， Kt為校正值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于， 所述銷孔(2)的橢圓度以如下方式定義，
hK a = 0.5H* (1-cos (2 a )) +k a ,其中 k a =0.5*Kt* (1-cos (4 a )) * | sin a
其中: H是帶符號(hào)的徑向橢圓度標(biāo)稱值[毫米]， h α是在角度α處(徑向)橢圓度[毫米]， hKa是在角度α處校正的(徑向)橢圓度[毫米]， α為角度， Kt為校正值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于， 所述銷孔⑵在340° <a〈20°及130〈 a〈230°處具有rd〈2微米的與圓形形狀徑向偏移。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于， 所述銷孔(2)在α約為90°和α約為270°處具有10微米<rd〈50微米的與圓形形狀的徑向偏移。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于， 所述銷孔⑵除了橫向的橢圓度之外還具有豎直的橢圓度(HO)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于， 特別是對(duì)稱的或不對(duì)稱的內(nèi)部和/或外部成型的孔，疊加在所述至少一個(gè)銷孔(2)上。
10.一種用于制造根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的活塞(I)的方法，其中，借助于所述活塞(I)的同時(shí)擺動(dòng)或者疊加在鉆孔上的鉆孔來以橫向橢圓形的方式鉆所述銷孔(2)。
11.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的活塞(I)的方法，其中借助于磁性安裝的鉆床主軸以橫向橢圓形的方式鉆所述銷孔(2)，所述磁性安裝的鉆床主軸隨著旋轉(zhuǎn)徑向同步地偏轉(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】B23B41/04GK104053931SQ201380005952
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月19日
【發(fā)明者】迪特爾·埃姆里希 申請(qǐng)人:馬勒國(guó)際有限公司