專利名稱：用于內(nèi)燃機或類似機械的活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在往復(fù)式內(nèi)燃機或外燃機和壓縮機的氣缸內(nèi)滑動的活塞，即適用于在其一個或各個氣缸內(nèi)的工作氣體在活塞工作面作用下處于高溫高壓狀態(tài)下的機械，本發(fā)明最好用于二沖程或四沖程的往復(fù)式內(nèi)燃機，但不排除應(yīng)用于其它類似機械。本發(fā)明特別涉及這樣的活塞，在其外緣為圓筒狀的活塞裙內(nèi)有一用于以球關(guān)節(jié)的方式與球缺形球頭連桿相連接的球缺形支承面。該活塞的支承面和/或連桿的頭部結(jié)構(gòu)可以在局部上不是嚴(yán)格的球形，其原因下面解釋，但是為了表述上簡潔起見，本文中的術(shù)語“球形”將用來表示準(zhǔn)確的球形或大致的球形。
此類的活塞可如法國專利965，449號和1，547，151號和英國專利293，506號所描述的。在這些已知的活塞中，活塞和連桿的兩個球缺形部位由金屬組成，二個球缺部分在運動時相互接觸，至少在忽略二者之間的薄潤滑油油膜時是如此。薄潤滑油膜是由于壓力下油進入其間產(chǎn)生的，此油壓力可如從連桿內(nèi)長度方向上延伸的油路引入，(這方面請參閱法國專利965，449和英國專利293，506)本發(fā)明的一個目的是使活塞和連桿之間的球關(guān)節(jié)能夠承受作用于活塞上的最大壓力，此最大壓力在氣缸內(nèi)的活塞所限定的容積可變化的燃燒室內(nèi)周期性地產(chǎn)生。
本文后面用到類似這樣的術(shù)語如“靠上”，“靠下”，“在上邊”，“在下邊”時，是假定活塞的軸線是垂向的且連桿位于活塞之下。此假設(shè)只是為了簡化敘述，因而并不意味著在內(nèi)燃機或壓縮機中活塞實際上就是這樣配置的。
按照本發(fā)明的第一個方面，前述活塞的基本特征是其上具有一個內(nèi)腔，該腔在與工作面相反的另一端面上具有一個開口且其側(cè)面至少部分地由旋轉(zhuǎn)體的圓筒形支承面限定;由連桿的球缺形頭部所限定的活塞內(nèi)腔空間由粘性，糊狀的或可塑性變形的液體充滿，此液體實際上在活塞的工作壓力和溫度下是不可壓縮的;所述圓筒形支承面的直徑只略微大于連桿球缺頭部的直徑，從而使圓筒形支承面和球缺頭部之間的工作間隙足夠小以防止在活塞的工作溫度和壓力下，上述液體從活塞內(nèi)腔中逸出。
所述圓筒形支承面的母線最好與活塞裙的母線平行，通常圓筒形支承面與活塞裙是同軸的。
為了避免液體的任何可能的逸漏，本發(fā)明的優(yōu)點是在連桿球缺形頭部和液體之間裝入一個薄金屬液體密封罩，此密封罩與圓筒形支承面利用壓配合定位，此二者之間的配合為當(dāng)金屬罩上與圓筒形支承面壓合的部分在作用力超過一定限度后可在與圓筒形支承面的軸線平行的方向上移動。
按照本發(fā)明的第二個方面，用在往復(fù)式內(nèi)燃機或外燃機和壓縮機(即在其一個或各個氣缸內(nèi)活塞的一個橫向面所包容的工作氣體處于高溫高壓下的那些機械，特別是活塞以球關(guān)節(jié)方式與連桿的球缺形頭部相連的二沖程或四沖程內(nèi)燃機)的氣缸中滑動的活塞，其基本特征在于在其外緣為圓筒形的活塞裙內(nèi)有一個內(nèi)腔，其開口在與活塞工作面相反的活塞的另一端，內(nèi)腔的側(cè)面至少部分地由旋轉(zhuǎn)體的圓筒形支承面限定，內(nèi)腔最好與活塞同軸;在所述內(nèi)腔中裝有一個薄金屬液體密封罩，該罩的形狀為下部圓筒形并與活塞的旋轉(zhuǎn)體的圓筒形支承面壓配合，罩的上部大致為半球形其中支承著連桿的頭部;金屬罩由其大致為半球形的外表面限定了一個位于活塞內(nèi)腔中的空間，該空間充滿了粘性的，糊狀的或可塑性變形的液體，此液體在活塞的工作溫度和壓力下實際上是不可壓縮;連桿球缺形頭部的外緣直徑略小于活塞圓筒形支承面的直徑從而罩的圓筒形部位是以前述方式壓配合的，這樣可防止在活塞的工作溫度和壓力下所述液體從所述空間中任何可能的逸漏。
所述液體最好是氟聚合物，特別是聚四氟乙烯或特氟隆盡管其它材料在活塞的工作溫度和壓力下其物理和化學(xué)性質(zhì)也可能穩(wěn)定，因而可有益地應(yīng)用，所述液體在壓力下可變形從而可充滿所述空間(記住前述罩的可能存在)但又足夠粘滯使得該液體不可能在工作中逸出連桿的球缺形頭部或罩和前述圓筒形支承面的工作間隙。也可能特別涉及到一種具有高粘滯性的油，比如用于粘滯阻尼器(或減震器)中的那種油，因此可以看出，所述流體的定義特別排除了那些具有低的甚至中等粘滯性的油。
由此，不考慮連桿相對活塞的位置，作用在后者上的力通過由塑性可變形的封閉流體構(gòu)成的緩沖墊均勻地傳遞到連桿的球缺形頭部，基于罩(最佳實施例中罩是存在的)是在平行于圓筒形支承面的軸線方向上可移動的這一事實，此罩實際上只承受垂直于其表面的壓力，所以其受到保護，防止斷裂或刺穿，罩的軸向移動可使間隙得到自動消除。
請注意前面提及的法國專利1，547，151建議直接在連桿球缺形頭部和活塞的球缺形底座之間，設(shè)置一層塑材料如PTFE(聚四氟乙烯)，但是在本發(fā)明中聚四氟乙烯置于與其相反的一邊上，并且有完全不同的目的。同樣還應(yīng)注意到公知的技術(shù)是在球關(guān)節(jié)的陽部和陰部都加有合成樹脂類如聚四氟乙烯材料，例如在車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)(參閱美國專利3，342，513)中兩個彼此互相接觸的運動件都由合成樹脂組成。
本發(fā)明中金屬罩的材料最好選用青銅，特別是鈹青銅或其它在有限的潤滑下具有理想的磨擦系數(shù)和高延展性的金屬或合金，金屬罩的厚度一般為連桿球缺形頭部直徑的1%～3%。
在本發(fā)明的前述第二個方面，罩的有利的配置是其大致半球部沿著一個封閉的環(huán)狀接觸線或接觸帶與連桿的球形頭部接合，環(huán)狀接觸線或帶位于一個在連桿頭部中心之上且垂直于活塞軸線的平面內(nèi)或被其限定于它的上部;在壓力下輸送潤滑油的進油側(cè)的單向裝置與連桿中的油道通過一個單向閥連通而進入一個在接觸線或接觸帶之上，由連桿的球缺形頭部和金屬罩的大致半球形內(nèi)表面所限定的間隙，在所述單向閥座進油側(cè)的潤滑油壓力至少在發(fā)動機工作循環(huán)的一般期間要高于前述間隙之間的油壓;位于接觸線或接觸帶之下且介于連桿球缺形頭部與罩之間的空間與一個低壓區(qū)連通，此低壓區(qū)的油壓低于所述間隙內(nèi)的最大壓力。
上述結(jié)構(gòu)使金屬罩與在壓力下輸送潤滑油的裝置成為一體，連桿的球缺形頭部應(yīng)能在金屬罩的內(nèi)表面自由地作樞軸式轉(zhuǎn)動。各種各樣的所述間隙和潤滑油輸送裝置的實施例將在本文后面詳細(xì)描述。
在最佳實施例中設(shè)置了金屬罩，連桿的球缺形頭部上或金屬罩上面對連桿頭的面上開有使進入的潤滑油分布的油槽，潤滑油以前述方式或在后面將要描述的方式被傳送至連桿頭部和罩之間。必須指出這些油路避免了被聚四氟乙烯或其它類似介質(zhì)或液體堵住的危險，因為這些油路設(shè)在不與上述介質(zhì)或流體接觸的表面上。
在不設(shè)所述金屬罩的情況下，在壓力下提供的潤滑油仍被輸送到一個如后所述部分地由連桿頭部所限定的環(huán)狀腔去，從而由擴散促進在該頭部形成一層潤滑油膜。
下面參照附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。附圖中

圖1為軸向剖視圖，部分地反映了本發(fā)明第一個實施例的活塞及其連桿組裝情況。
圖2為從圖1中箭頭F的方向看連桿的球缺形頭部。
圖3表示組裝前活塞和連桿組件間構(gòu)成球關(guān)節(jié)的部件的詳圖。
圖4至圖7是比較圖，用以表示本發(fā)明的某些優(yōu)點。
圖8為半軸剖視圖，表示按照本發(fā)明第二個實施例的活塞及其連桿組件。
圖9為軸向剖視圖，部分地表示了按照本發(fā)明第三個實施例的活塞及其連桿的組裝情況。
圖10為軸向剖視圖，部分地表示了按照本發(fā)明第四個實施例的活塞及其連桿組裝圖。
圖11和圖12分別表示兩種不同方式的潤滑裝置。
圖13和圖14分別以連桿頭部軸向剖視圖和頂部附視圖表示圖12中實施例的第一個改進型。
圖15表示圖12中實施例的第二個改進型。
按照本發(fā)明第一個實施例的活塞1(圖1和圖2)，可在氣缸2中滑動。工作氣缸體由活塞1的工作面10封閉在氣缸2中。在其外緣為圓筒形的裙部3(“圓筒形”一詞當(dāng)然并不排除上面開有放置活塞環(huán)的槽等)，活塞1具有一個球缺形支承面4用于以球關(guān)節(jié)的方式與連桿6的球缺形頭部5相連接。
按照本發(fā)明的活塞具有一個內(nèi)腔7(參看圖3)，內(nèi)腔7至少部分地由旋轉(zhuǎn)體8的圓筒形支承面限定，旋轉(zhuǎn)體8最好與(但不是必須與)裙部3同軸(公共軸由Ⅹ-Ⅹ表示)，圓筒形支承面的直徑D略大于連桿頭部5的直徑。內(nèi)腔7在鄰近圖1中底部的端部開口，即與工作面10相反的另一端面開口。支承面4在其上部由薄金屬罩9的一個近似半球面9a構(gòu)成(圖1和圖3)，金屬罩9具有與活塞1的工作面10相反的凹形，即在圖1和圖3中向下，并由與圓筒狀支承面8內(nèi)的壓配合定位。由金屬罩9的另一表面9b所限定的位于內(nèi)腔7中的空間12充滿粘性，糊狀或可塑性變形的流體13，而流體13在活塞1的工作溫度和壓力下實際上是不可壓縮的。
如前所述，流體或介質(zhì)13最好是聚四氟乙烯或等同的糊狀物。
支承面8的旋轉(zhuǎn)圓柱形與連桿球缺形頭部5的配合及取直徑為D的優(yōu)點可從比較圖4至圖7中看出，在圖4至圖7中為視圖清楚起見省略了金屬罩9，這樣做另一方面也是考慮到后面將要介紹的實施例中去掉金屬罩9的情況(圖9)。
如果圓筒形支承面8的直徑太小(圖4)，的確將會使頭部5和圓筒形支承面8的邊緣產(chǎn)生金屬對金屬的接觸，并且在流體或介質(zhì)13中將沒有靜液壓。
如果圓筒形支承面8的直徑過大(圖5)，如圖5中箭頭所示，流體或介質(zhì)13就會在側(cè)向逸漏。
如果內(nèi)腔7的入口直徑正確但其側(cè)支承面8不是圓筒形的(圖6)，由磨耗，微量變形(彈形或非彈性的)或由微量膨脹，產(chǎn)生的間隙不能消除，最后就會發(fā)生如圖5中那樣的側(cè)面逸漏現(xiàn)象。
如果內(nèi)腔按本發(fā)明(圖7)中那樣設(shè)置，間隙將自動被消除。
按照本發(fā)明的最佳實施例，金屬罩9用青銅，特別是鈹青銅或其它潤滑下具有理想的，有限的摩擦系數(shù)和高延展性的金屬或合金制成，由圖中可以看出，通過分別在連桿6和頭部5中延伸的油道14和15，采用常規(guī)的方法在壓力下，在頭部5的外表面和罩9的表面9a之間引入潤滑油。
球缺形頭部5(圖2)或是金屬罩9(圖3)最好在其表面9a上開有油槽或油路16。
這樣，我們就得到了一個活塞，其制造方法已在前面講清并且在其支承面4中插入連桿6的頭部5，至少對一個四沖程的內(nèi)燃機活塞來說，例如在圖1中頭部5是由一個剛性環(huán)17固定在其位置上的，剛性環(huán)17則彈性可變形地由另一個可彈性變形的環(huán)18向上頂，而環(huán)18向外壓在活塞1上。對于一個二沖程的內(nèi)燃機活塞，如環(huán)17，18這樣的固定裝置可以省去，因為在此類發(fā)動機工作周期中，力總是沿同一方向作用于活塞上的。
工作中，由工作氣體的壓力作用在活塞1上表面的力均勻地通過緩沖介質(zhì)13傳到連桿頭部5上。
如圖1和圖8中所示，金屬罩9可由壓配合而定位于活塞1的圓筒形支承面中，此罩當(dāng)作用力超過一給定限值后可在平行于此圓筒形支承面的軸線Ⅹ-Ⅹ的方向上移動。
按照圖1中的實施例，金屬罩9其半球部由與活塞1的圓筒形支承面8相接觸的圓筒形裙部11所延伸，金屬罩9裝配于活塞1中，除了在頭部5和活塞圓筒形支承面8間壓配合外沒有其它的固定手段，此壓配合由適當(dāng)?shù)倪x擇金屬罩9的厚度(在靜態(tài)時)和/或其外徑并適當(dāng)選擇直徑D與d的差異而得到。此厚度通常在頭部5的直徑的1%～3%之間。
按照圖8的實施例，金屬罩9的半球部的下部為一個向外擴的裙部20，裙部20夾在活塞1的裙部3的底部和環(huán)22之間，而環(huán)22則由適當(dāng)?shù)难b置如螺紋等固定于裙部3的底部。為了使金屬罩9能夠在平行于軸Ⅹ-Ⅹ的方向上移動，活塞1的裙部3的底部加工成圓面21，并且金屬罩9的尺寸特別是其裙部20的尺寸加工成在靜態(tài)時圓面21和金屬罩9的前端部9c之間有一間隙23，請記住流體或介質(zhì)13的體積，此間隙允許金屬罩9在相對活塞1的圓筒形支承面8作軸向移動時，金屬罩9的前端部9c可以變形而不受到張力。
圖9實施例與圖1-2和圖8中的不同之處在于，在連桿6的球缺形頭部5和活塞1的圓筒形支承面之間沒有金屬罩9。換句話說，也就是塑性可變形的介質(zhì)13是與頭部5直接接觸的，借助介質(zhì)13的粘滯特性，此實施例中僅靠選擇頭部5和圓筒形支承面8間的間隙(或同樣地，選擇直徑D和d的差異)來防止介質(zhì)13從內(nèi)腔7中流出。
最好是球缺形頭部5的直徑向截面與活塞1的橫截面(在與Ⅹ-Ⅹ軸垂直的方向測量)之比大于或等于0.5，這可有力地限制工作中產(chǎn)生的作用于介質(zhì)13和頭部5的壓力。盡管在圖1和圖8的圖示中未表示出來，這個特點同樣在有金屬罩9的時侯也是有利的。
按照圖9中的實施例，在圖1、2和8中用標(biāo)號16所表示的那些油槽都不設(shè)置，因為它們將被介質(zhì)13堵住并導(dǎo)致介質(zhì)13逸出其設(shè)定空間。在此處，用于在連桿6中提供的壓力下輸送潤滑油的管道14與穿通連桿頭部5并永久地開口于平分球體的大圓面P之下(按照圖9)的管路15a相通，大圓面P穿過球缺形頭部5的中心C且垂直于軸線Ⅹ-Ⅹ，潤滑油經(jīng)管道14，15a而流出到大圓面P之下的環(huán)狀腔25中，環(huán)狀腔25由一個與圖1中的環(huán)17相似的環(huán)17a限定，但環(huán)17a上有讓潤滑油流出的小孔如26。油以這種方式循環(huán)可保證一方面極好地冷卻頭部5甚至活塞1，另一方面它由于擴散效應(yīng)在連桿頭部5上保持了一層潤滑油膜。
在任何情況下，圓筒形支承面8的高度必須足夠以留下連桿6的頭部5相對于活塞1的軸向位移空間，此位移包括熱膨脹差異(由不同的膨脹系數(shù)引起)和/或，介質(zhì)13的壓縮性，和/或制造公差，和/或磨耗現(xiàn)象。
前文中已假定流體13為聚四氟乙烯，盡管它有許多顯著的優(yōu)點但它也有一定的缺點。特別是對于金屬罩9(當(dāng)其存在時)的小或微小變形由聚四氟乙烯構(gòu)成的緩沖層將不隨之而動。還有，其形變的橫向按理時間也相對較長。
在有些情況下，為了克服聚四氟乙烯的缺點，用一種高粘滯液體來取代聚四氟乙烯更好，例如用于粘滯阻尼器中的硅油，最好是與要承受周期性形變的罩9合用。這點在圖10中表示出來，其中用具有高粘滯性的油13從小孔27中注入空間12，空間12被從底(充液位置)至上填滿以避免任何氣泡，小孔27隨后用一個塞子或尖頭螺釘28堵上。在填充的過程中，空氣由空間12的上部(在充液位置)通過一個通孔31排出，通孔31隨后用一個塞子或尖頭螺釘32堵上?？臻g12在距大圓面P很近的圓形部位29(不是由倒角構(gòu)成的)終止。確實很有必要減輕由粘性液體13構(gòu)成的緩沖墊傳至大圓面P的靜液壓力;此靜液壓力取決于作用于大圓面P上的液體13所構(gòu)成的緩沖墊的厚度。一個環(huán)狀密封件30配置在活塞1的槽中，該槽在圓筒形支承面8上開口，位于前述圓形部位29之下，但盡可能地接近大圓面P以使罩9不致因靜液壓力而從圓筒形支承面8上掉下從而導(dǎo)致粘性液體13的逸漏。盡管如此還是有必要設(shè)計空間12具有相對較小的厚度，如在2mm的數(shù)量級上，從而才可以忽略高粘滯油13的壓縮性效應(yīng)，并且此油因此才可認(rèn)為是實用上在工作溫度和壓力下是不可壓縮的，這也是本發(fā)明書開頭就作的一般定義。
下面將描述利用罩9的存在來在罩9和連桿頭部5之間保持一層潤滑油膜的裝置。
按照圖11中本發(fā)明的實施例，為了構(gòu)成上述裝置，罩9的大體上半球形部9a，9b沿著一條封閉的環(huán)狀接觸線33支承連桿6的球缺形頭部5，接觸線33位于平面Q內(nèi)，平面Q在連桿頭部5的中心C之上延展(按照本文前面解釋過的規(guī)定)并最好是與活塞1的軸線垂直。按照一項改進，罩9也可沿著一條其上部由線33和/或平面Q所限定的環(huán)狀帶34支承頭部5。在壓力下輸送潤滑油的單向裝置在進油側(cè)通過一個單向閥35與連桿7中的油道14連通并通向由連桿的頭部5和罩9所限定的，位于接觸線33(或接觸帶34)之上的間隙36。組件這樣設(shè)置，潤滑油在單向閥35進油側(cè)的壓力至少在工作氣體壓縮-膨脹周期內(nèi)的一段期間要超過間隙36內(nèi)的壓力。位于接觸線33或接觸帶34之下的處于連桿頭部5和罩9之間的空間37以低壓力，即以低于間隙36中的最大壓力的壓力與出油區(qū)38連通。本處用一個類似于圖9中所用環(huán)的環(huán)17a來保持頭部5位于活塞1中，為了讓空間37始終保持與出油區(qū)38暢通，至少要有一個小孔或通道26穿過或繞過環(huán)17a。確實，如果空間37是密封的，潤滑油將停滯于間隙36中。
如圖13和圖14所示，希望間隙36由連桿頭部5罩9之間的空間位于它們的接觸線或接觸帶33或34之上，槽如39等位于連桿頭部5和罩9的表面上并與單向潤滑油輸送裝置的出口連通，即與單向閥35的出油側(cè)連通。為了簡化起見在圖11中僅表示了所述介于連桿頭部5和罩9之間的空間和接觸線33及接觸帶34，后者也在圖14中予以表示。我們希望槽39和其它槽的寬度大致等于罩9的厚度。總的來說，槽39是穿過交叉而通向接觸線33或接觸帶34的子午槽。如同將平面P稱作為“赤道”平面，這里用“子午線”是將連桿頭部5比作地球，當(dāng)把連桿6如圖12中所示那樣置于活塞1的軸線上時，其頭部5的一個“極”將形成連桿6的軸線且與活塞1的軸線Ⅹ-Ⅹ相重合。
如在圖14和15中所示，所述的在壓力下單向輸送潤滑油裝置的出口設(shè)在球缺形連桿頭部5與活塞1軸線Ⅹ-Ⅹ的交點處，不考慮連桿6和活塞1及穿過此交點并通向接觸線33或接觸帶34的上限的槽39之間的相對角度。
在子午槽39之外，至少在連桿頭部5垂直于活塞1的軸線Ⅹ-Ⅹ的一個子午面上開有另一槽40，此子午面位于接觸線33或接觸帶34之上或位于接觸帶34的上邊限上。至少在頭部5垂直于活塞1的軸線Ⅹ-Ⅹ的一個平面上開有另一槽41，該平面位于接觸線33或接觸面34之下或位于接觸帶34的下邊限上。其它槽42也可在接觸帶34之下的各子午面上開設(shè)。作為一個改進，也可在罩9的內(nèi)表面9b上開設(shè)槽39，40和41，其分布與連桿頭部5的槽分布至少在當(dāng)連桿6與活塞1校準(zhǔn)時是一樣的。
按照圖11中所示的配置，罩9的厚度足夠小且制造罩9的材料柔性足夠好，從而其準(zhǔn)半球形的上部9a，9b在當(dāng)作用于活塞1上的合力為最大時由彈性變形而非常完美地與連桿的頭部5之球形外部貼合，這樣可驅(qū)趕包在間隙36中的潤滑油使其穿過所述的接觸線33或接觸帶34而在出油區(qū)38附近形成一個靜液壓油膜，同時罩9的剛性又要足夠大以保證在作用于活塞1上的合力為最小時罩9能恢復(fù)原形，為得是引起間隙36中的油壓降至低于由單向的潤滑油輸送裝置通過單向閥35的供油壓力。
在活塞的往復(fù)運動期間，罩9的準(zhǔn)半球部就這樣起著一個薄膜泵的膜片的作用，因罩9的彈性變形，此泵在間隙36變大時吸入而在間隙36收縮時泵出。
此時，罩9可按下述方式成形a)當(dāng)罩靜止時，其上端部具有一個準(zhǔn)半球形狀時，罩9可由沖壓模沖壓成所需形狀，此時，可將連桿頭部5加工成精確球形(當(dāng)然其下部與連桿6的連接部除外)。
此解決方案的缺點是間隙36此時相對活塞1固定，并需要開槽以從出油口向此間隙送油，出油口則相對連桿6固定。
b)當(dāng)罩在靜止時其上端部具有一個半球形狀時，連桿頭部5可加工成使間隙36在出油口附近形成。這次加工可由車床加工一個旋轉(zhuǎn)體來完成，如可用一臺數(shù)控機床來加工。此時可省去前面提及的供油槽。
按照在圖12至15中給出的第二種配置，單向在壓力下輸送油的裝置可由一個在連桿6和其頭部5的組件之中配置的活塞泵構(gòu)成，此泵通過進油閥43吸入油并將其通過所述單向閥35泵出。
在一有優(yōu)點的結(jié)構(gòu)中，所述泵由可變?nèi)莘e且位于進油閥43和單向閥35之間并由連桿體6限定的空腔44構(gòu)成，連桿6的上部45形成一個活塞并在一個位于連桿頭部5中的孔46中軸向可滑動。在連桿體6和連桿頭部5之間插入一個彈簧。
彈簧被壓縮時，至少在一段工作氣體的壓縮-膨脹周期中，足以使位于兩閥35，43間的泵腔44中的油壓超過間隙36中的油壓，彈簧足夠長以確保其相對壓縮不會超過制造彈簧材料的彈性變形和疲勞極限，彈簧的韌性足夠好使得在活塞1上的合力為最大時彈簧可被壓縮到連桿頭部5的支承面和連桿體6接觸;同時其剛性要足以保證在活塞1上的合力最小時彈簧可以展開。
按照圖14中給出的最簡實施例，所述的彈簧是個簡單的盤形彈簧47。連桿頭部5脫離連桿6方向的移動由機械裝置(未畫出)限位。
按照圖13至15中所示的更詳盡的實施例，所述彈簧由一金屬桿構(gòu)成，最好由金屬鈦制成。
按照圖13中的實施例，用標(biāo)號48表示的金屬桿是管狀的且套在連桿6的端部45上。端部45比鄰近的連桿體6的直徑小從而形成一個環(huán)狀臺階49以承受管狀桿48的一個軸向端部。
按照圖15中給出的一個變形，用標(biāo)號50表示的金屬桿除了一個軸向的油道51外是實心的，油道51貫穿桿50成為連桿6中油道14的延伸。
無論采用何種實施方案，桿48或50的相對收縮在0.25%的數(shù)量級上，其橫截面之最佳值約為活塞1橫截面的3%左右。
一根像48或50這樣的金屬桿通常被認(rèn)為是剛性的，如其橫截面相對作用于其上的壓力足夠小時可以起類似彈簧的作用，但橫截面又得足夠大以保持金屬桿處于其材料的彈性壓縮域內(nèi)。金屬桿比起圖12中彈簧47的長處是體積和有害的空間小。優(yōu)先選取金屬鈦而不是鋼是基于鈦的楊氏模量(11.3×105巴)約為鋼的一半(22×105巴)這一事實作出的判斷。對于一個給定的壓力，桿48或50的壓變形位移是用鋼制的桿的兩倍，或?qū)τ谝粋€給定的壓變形位移，用鈦制的桿長僅為鋼制的桿長的一半。
權(quán)利要求
1.一個在往復(fù)式內(nèi)燃機或外燃機和壓縮機(即在其一個或各個氣缸內(nèi)由活塞的一橫向面所包容的工作氣體處于高溫高壓下的機械，特別是活塞的外圓筒形活塞裙中具有以球關(guān)節(jié)形式接合球頭連桿的球缺形支承面的二沖程或四沖程往復(fù)式內(nèi)燃機)的氣缸內(nèi)滑動的活塞，該活塞包括一個內(nèi)腔，其開口位于與活塞工作面相反的另一端面上，且其側(cè)面至少部分地由旋轉(zhuǎn)體的圓筒形支承面限定，由連桿的球缺形頭部所限定的活塞內(nèi)腔空間被粘性、糊狀的或可塑性變形的液體充滿，此液體在活塞的工作壓力和溫度下實際上是不可壓縮的；所述圓筒形支承面的直徑只略微大于連桿球缺形頭部的直徑，從而使圓筒形支承面和球缺形頭部之間的工作間隙足夠小以防止在活塞的工作溫度和壓力下，上述液體從活塞內(nèi)腔空間逸出。
2.按照權(quán)利要求1的活塞，其特征在于所述圓筒形支承面的母線與圓筒形活塞裙部的母線平行，所述圓筒形支承面通常與所述裙部同軸。
3.按照權(quán)利要求1或2的活塞，其特征在于它還包括一個置于連桿球缺形頭部和所述液體之間的薄金屬罩，該金屬罩與圓筒形支承面間用壓配合定位，此組合使得金屬罩與圓筒形支承面壓配合部分在受到作用力超過一給定限后可在平行于圓筒形支承面的軸線方向上移動。
4.用在往復(fù)式內(nèi)燃機或外燃機和壓縮機(即在其一個或各個氣缸內(nèi)由活塞的一橫向面所包容的工作氣體處于高溫高壓的機械，特別是活塞以球關(guān)節(jié)方式接合球頭連桿的二沖程或四沖程往復(fù)式內(nèi)燃機)的氣缸中滑動的活塞，所述活塞在其外緣為圓筒形的活塞裙內(nèi)有一個內(nèi)腔，其開口位于與活塞工作面相反的另一端，內(nèi)腔的側(cè)面至少部分地由旋轉(zhuǎn)體形的圓筒形支承面限定，旋轉(zhuǎn)體最好與活塞同軸;在所述內(nèi)腔中裝有一個薄金屬液體密封罩，該罩的形狀為下部圓筒形并與活塞的旋轉(zhuǎn)體形的圓筒形支承面壓配合，罩的上部大致為半球形其中支承著連桿的頭部;金屬罩由其大致為半球形的外表面限定了一個位于活塞內(nèi)腔中的空間，該空間充滿了粘性的，糊狀的或可塑性變形的液體，此液體在活塞的工作溫度和壓力下實際上是不可壓縮的;連桿球缺形頭部的外緣直徑略小于活塞圓筒形支承面的直徑從而罩的圓筒形部位是以前述方式壓配合的，這樣可防止在活塞的工作溫度和壓力下，所述液體從所述空間中任何可能的逸漏。
5.按照權(quán)利要求3或4的活塞，其特征在于該金屬罩用青銅，特別是用鈹青銅或其它在有限的潤滑下具有好的磨擦系數(shù)和高延展性的金屬或合金制成。
6.按照權(quán)利要求3至5中任何一項的活塞，其特征在于該連桿的球缺形頭部上或金屬罩上面對連桿頭的面上，開有使輸送到連桿頭和罩之間的潤滑油分布的槽或油路。
7.按照權(quán)利要求3至6中任何一項的活塞，其特征在于該金屬罩裝配于活塞中，除了與活塞圓筒形支承面壓配合外沒有其它的固定裝置。
8.按照權(quán)利要求3至6中任何一項的活塞，其特征在于所述罩的半球部下為一個在叨確較蟶險趴娜共?，此裙部固定诱熱擕裙部的底座上，此组合緜}故痹諢釗共康牡撞亢駝 的前端部之間有一間隙。
9.按照權(quán)利要求3至8中任何一項的活塞，其特征在于所述罩的厚度為連桿球缺形頭部直徑的1%～3%。
10.按照權(quán)利要求1至9中任何一項的活塞，其特征在于所述液體是氟聚合物，特別是聚四氟乙烯。
11.按照權(quán)利要求1至9中任何一項的活塞，其特征在于所述液體是如用于粘滯阻尼器中用的高粘滯性油。
12.按照權(quán)利要求1至11中任何一項的活塞，其特征在于該連桿球缺形頭部的過直徑的截面與活塞橫截面之比大于或等于0.5。
13.按照權(quán)利要求3或4的活塞，或者再結(jié)合權(quán)利要求5至12中的任何一項同時考慮的活塞，其特征在于所述罩的大致半球形部沿著一條封閉的環(huán)狀接觸線或接觸帶支承連桿的球缺形頭部，接觸線或接觸帶的上邊限位于一個在連桿頭部的中心之上延展并最好是與活塞的軸線相垂直的平面內(nèi);在壓力下輸送潤滑油的單向裝置的進油側(cè)通過一個單向閥的連桿中的油道連通，并通向由連桿的頭部和罩所限定的位于接觸線或接觸帶之上的間隙，潤滑油在單向閥進油側(cè)的壓力至少在工作氣體壓縮一膨脹周期內(nèi)的一段期間要超過間隙內(nèi)的壓力;位于接觸線或接觸帶之下介于連桿頭部和罩之間的空間以低壓力，即以低于間隙中的最大壓力的壓力與出油區(qū)連通。
14.按照權(quán)利要求13的活塞，其特征在于所述間隙由連桿頭部和罩之間的空間以及一些槽組成，連桿頭部和罩之間的空間位于它們的接觸線或接觸帶之上，至少在連桿頭部和罩的接觸面的一方上開有槽，槽的寬度最好大致等于罩的厚度且與單向潤滑油輸送裝置的出油口連通。
15.按照權(quán)利要求14的活塞，其特征在于所述的在壓力下單向輸送潤滑油裝置的出油口位于連桿球缺形頭部表面與活塞軸線的交點處，并且所述槽中的至少某些槽是穿過此交叉點而通向所述接觸線或接觸面的子午槽。
16.按照權(quán)利要求14或15的活塞，其特征在于所述槽中的至少一條最好開在球缺形連桿頭部上的一個平面內(nèi)，此平面至少當(dāng)連桿與活塞同軸時關(guān)于活塞軸線垂直并可位于所述接觸線或接觸帶之上或之下。
17.按照權(quán)利要求14至16中任何一項的活塞，其特征在于所述槽中的至少一些槽最好開在連桿球缺形頭部上接觸線或接觸帶之下，最好是位于子午面內(nèi)。
18.按照權(quán)利要求13至17中任何一項的活塞，其特征在于該罩的厚度足夠小且制造罩的材料韌性足夠好，從而其準(zhǔn)半球形的上部在當(dāng)作用于活塞上的合力為最大時由彈性變形而非常完美地與連桿的球缺形頭部表面貼合，這樣可驅(qū)趕包在所述間隙中的潤滑油使其穿過所述的接觸線或接觸帶而在出油區(qū)附近形成一個靜液壓油膜，同時罩的剛性又要足夠大以保證在作用于活塞上的合力為最小時罩能恢復(fù)原形，為得是引起間隙中的油壓降至低于單向的潤滑油輸送裝置的供油壓力。
19.按照權(quán)利要求13至17中任何一項的活塞，其特征在于在壓力下單向輸送油的裝置可由一個活塞泵構(gòu)成，此泵通過進油閥吸入油并將其通過所述單向閥泵出。
20.按照權(quán)利要求19的活塞，其特征在于所述泵由可變?nèi)莘e且，位于進油閥和單向閥之間的泵腔構(gòu)成并由連桿體限定，連桿的上部形成一個活塞并在一個位于連桿頭部中的孔內(nèi)軸向可滑動，在連桿體和連桿的球缺形頭部之間插入一個彈簧。
21.按照權(quán)利要求20的活塞，其特征在于該彈簧被壓縮時，至少在一段工作氣體的壓縮-膨脹周期中，足以使位于兩閥之間的泵腔中的油壓超過間隙中的油壓，彈簧足夠長以確保其相對壓縮不會超過制造彈簧材料的彈性變形和疲勞極限，彈簧的韌性足夠好使得在活塞上的合力為最大時彈簧可被壓縮到連桿頭部的下支承面與連桿體接觸，同時其剛性要足以保證在活塞上的合力為最小時彈簧可以伸展。
22.按照權(quán)利要求21的活塞，其特征在于所述彈簧由一根金屬桿構(gòu)成。
23.按照權(quán)利要求22的活塞，其特征在于該金屬桿的材料是鈦。
24.按照權(quán)利要求23的活塞，其特征在于該桿的相對收縮是0.25%。
25.按照權(quán)利要求23或24的活塞，其特征在于該桿的橫截面約為活塞橫截面的3%。
全文摘要
位于活塞(1)的內(nèi)腔(7)中由連桿(6)的球缺形頭部(5)所限定的空間充滿了粘滯性，糊狀或可塑性變形的流體(13)，流體(13)實際上在活塞(1)的工作溫度和壓力下不可壓縮，側(cè)面限定內(nèi)腔(7)的圓筒形支承面(8)的直徑(D)略大于連桿(6)的球缺形頭部(5)之直徑(d)從而支承面(8)與頭部(5)的工作間隙足夠小以避免流體(13)在活塞的工作壓力和溫度下，從其所在空間的任何逸漏。
文檔編號F02B75/02GK1036445SQ8810212
公開日1989年10月18日 申請日期1988年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月9日
發(fā)明者吉恩·弗雷德里克·梅爾基奧爾 申請人:吉恩·弗雷德里克·梅爾基奧爾