CN1656331A - 用于内燃机的活塞销轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的活塞销轴承，一个圆柱形的活塞销(8)支承在该活塞销轴承中，要给出一种比现有技术改进了的轮毂孔形状，以便明显减小活塞中的机械应力，从而达到活塞寿命的延长。通过这种形状避免在活塞销轴承中产生噪声。本发明的方案是，轮毂孔(2)的表面(5)沿其整个轴线在轮毂赤道－轮毂顶点－轮毂赤道的区域内是高椭圆形状，椭圆的参数为x＝b/2×cosα；y＝a/2×sinα，0°≤α≤180°，在轮毂赤道－轮毂底点－轮毂赤道的区域内呈圆柱体状构成，其中：a：大的椭圆直径，b＝D：小的椭圆直径，D：圆柱形轮毂部分的直径，α：任意射线相对于z轴构成的角度。

Description

用于内燃机的活塞销轴承
本发明涉及一种用于内燃机的活塞销轴承，带有轮毂孔，一个活塞销支承在这些轮毂孔内。
例如从DE2152462B2，DE4141279A1和DE3036062C2中已经知道，内燃机活塞的轮毂孔适合于载荷和变形地构造。在那里所说的轮毂外形基于这样的知识得出：作用在活塞顶部上的燃气力通过销座传递到活塞销上，由此，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，轮毂孔因此在水平平面内和垂直平面内、特别是在轮毂孔的顶点上和底点上承受拉应力、压应力和弯曲应力。为了能够适应这种变形，DE2152462B2提出了一种轮毂形状，其中，轮毂孔的母线是弯曲的，轮毂孔的轴线朝向活塞中心略微弯曲，孔的横截面是椭圆形的，椭圆的短半轴平行于活塞的纵轴线延伸。
在DE3036062C2中建议，轮毂孔在横截面上呈椭圆形，椭圆的长半轴平行于活塞的纵轴线延伸。此外，轮毂孔的远离活塞纵轴线的侧面具有较大的椭圆度，靠近活塞纵轴线的侧面具有较小的椭圆度，其中，在另一实施形式中，在孔的顶点中母线倾斜。
上述所有形状在实际中不能阻止随着活塞载荷的增高由于点火压力而在杆中和在槽边缘以及槽底部的区域中出现裂纹，其原因可能是由于在孔的顶点和底点上活塞销与轮毂孔之间的间隙过大。为了达到尽可能小的间隙，在DE1650206A1中提出了一种椭圆的轮毂孔，其中，椭圆的长轴垂直于活塞的纵轴线。这会同时提高活塞销与轮毂孔之间的咬合可能性和噪声。
本发明的任务是，提供一种比现有技术改善了的用于活塞销轴承的轮毂孔形状，它可明显减小活塞中的机械应力，从而也可延长活塞的使用寿命。此外，可通过该形状避免活塞销轴承中的噪声发生。
根据本发明，该任务通过权利要求1的特征来解决。
只在赤道-顶点-赤道轮毂区域内单侧构成高椭圆，其中，位于轮毂孔顶点中的椭圆母线平行于轮毂孔轴线延伸，通过此，一方面有利地达到，在本发明的高椭圆孔结构中，轮毂孔径向上较远的外侧区域，即轮毂孔侧面区域承受较高的载荷。由此，由于关于销轴线的杠杆臂增大，产生较大的力矩，该力矩使活塞绕销轴线的弯曲降低。由此在燃烧槽的槽边缘和槽底上产生比现有技术更小的切向应力。
另一方面，只在赤道-底点-赤道轮毂区域内单侧构成圆柱形，其中，位于轮毂孔底点中的椭圆母线平行于轮毂孔轴线延伸，通过此有利地达到，在活塞销从于轮毂上表面接触转换到与轮毂下表面接触时，活塞销与轮毂之间的间隙最小。
总之，通过本发明的轮毂形状达到比现有技术明显提高的活塞寿命。
有利的进一步构造是从属权利要求的主题。
下面借助一个实施例详细解释本发明。附图表示：
图1一个活塞的局部纵剖面，
图2轮毂孔的沿线yy剖切的横截面，
图3一个活塞的立体图以及不同的高载荷位置A-E，
图4不同的轮毂孔结构对图3所示位置的寿命的影响的图表，
图5.1轮毂孔的径向应力图，该轮毂孔在赤道-顶点-赤道之间为圆柱形轮毂形状，在赤道-底点-赤道之间为圆柱体轮毂形状，
图5.2轮毂孔的径向应力图，该轮毂孔在赤道-顶点-赤道之间为高椭圆轮毂形状，在赤道-底点-赤道之间为圆柱体轮毂形状，
图5.3高椭圆和圆柱形轮毂孔的应力差别，
图6寿命变化的描述。
如从图1中看到的，一个用于内燃机的活塞1具有一个带有上轮毂区域2.1和下轮毂区域2.2的轮毂孔2，一个圆柱体的活塞销(未示出)支承在该孔内。按照图1和图2，上轮毂区域安置在燃气力一侧，其中，轮毂孔2的用5标记的表面在周边上沿着整个轮毂纵轴线X在轮毂赤道-顶点-轮毂赤道的区域内高椭圆地构成，椭圆的参数为：
x＝b/2×cosα
y＝a/2×sinα，0°≤α≤180°。
在轮毂孔2的下区域2.2内，表面5沿着整个轮毂纵轴线X在轮毂赤道-轮毂底点-轮毂赤道之间圆柱体状地构成，其中，适合于这两个轮毂区域的是：
a   ：大的椭圆直径，
b＝D：小的椭圆直径，
D   ：圆柱形轮毂部分的直径，
α  ：任意射线相对于z轴构成的角度。
对于整个轮毂孔适合的是，位于顶点和底点中的母线3和4平行于轮毂纵轴线延伸，该纵轴线垂直于活塞纵轴线。合理的是，椭圆度为轮毂孔直径D的0.05至0.2％。
如从图3和图4中看出的，通过本发明的轮毂构形可以得到显著的使用寿命提高，该使用寿命提高由一个具有190bar点火压力的轻金属柴油活塞的1000h活塞应力试验得出的。在图3中清楚地描述了带有杆6、连杆7和活塞销8的活塞以及测量点A-E。
图5.1和5.2以上轮毂区域2.1的展开图表示了圆柱形和高椭圆结构中的表面压力分布，图5.3表示图5.1和5.2在使用轻金属活塞的情况下在点火压力为175bar时的表面压力分布之差别。如可看出的，轮毂孔外部区域中的径向应力较高，使得由于关于销轴线的杠杆臂增大而产生一个较大的力矩，该力矩使活塞绕销轴线的弯曲减小。由此例如在槽边缘上产生较小的切向应力但燃烧槽中的其它区域也受到较小的载荷。
图6中给出了使用寿命的变化，以圆柱形的轮毂孔为出发点，它相应于100％的值。由此，前面所述的特别是在槽底部、销方向上的槽边缘(MuRaBoRi)和冷却通道-槽(KueKa)上的应力减小对活塞寿命的明显提高起到作用。
附图标记
1活塞
2轮毂孔
2.1上轮毂区域(高椭圆)
2.2下轮毂区域(圆柱形)
3顶点，顶点中的母线
4底点，底点中的母线
5整个轮毂孔的表面
6活塞杆
7连杆
8活塞销
X轮毂纵轴线，赤道
Y活塞纵轴线
Z轮毂横轴线
Y′椭圆长半轴与下轮毂区域的圆直径之间的差
GDS活塞的背压侧
DS活塞的压力侧

Claims (4)

1.用于内燃机的活塞销轴承，具有轮毂孔，一个活塞销支承在这些轮毂孔中，
其特征在于，
轮毂孔(2)的表面(5)沿其整个销长度在轮毂赤道-轮毂顶点-轮毂赤道的区域内是高椭圆形状，椭圆的参数为
x＝b/2×cosα
y＝a/2×sinα，0°≤α≤180°，
在轮毂赤道-轮毂底点-轮毂赤道的区域内呈圆柱体状构成，其中：
a：大的椭圆直径，
b＝D：小的椭圆直径，
D：圆柱形轮毂部分的直径，
α：任意射线相对于x轴构成的角度。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的活塞(1)，其特征在于，轮毂孔(2)的位于顶点(3)和底点(4)中的母线平行于轮毂孔轴线延伸。
3.根据权利要求1和2所述的用于内燃机的活塞(1)，其特征在于，活塞销(8)是圆柱形的。
4.根据权利要求3所述的用于内燃机的活塞(1)，其特征在于，活塞销(3)具有成形穿口(Formeinstiche)。
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