內(nèi)燃機(jī)用活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用活塞，更特別地，涉及施加了由燃燒壓力產(chǎn)生的推力(橫向力)的內(nèi)燃機(jī)用活塞。
【背景技術(shù)】
[0002]作為安裝于車輛的內(nèi)燃機(jī)的組成部件之一的活塞構(gòu)造成在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)(上下運(yùn)動(dòng))。通常，活塞由鋁制成且通過使用鑄模的鑄造方法來制造。該鑄模形成有朝向開口側(cè)變寬的斜度(slope)，使得在成型之后能夠易于拆卸模具。
[0003]如上所述地形成的活塞的活塞裙部的側(cè)壁厚度在活塞裙部的上端的周邊厚而在活塞裙部的下端的周邊薄。
[0004]關(guān)于活塞，由于由燃燒壓力產(chǎn)生的推力(橫向力)而首先變形的是活塞裙部的下端。當(dāng)活塞裙部的下端薄時(shí)，在來自排氣側(cè)的推力的載荷下活塞大幅度變形。由此，活塞以下部位于吸氣側(cè)而上部位于排氣側(cè)的方式傾斜?；钊诒l(fā)(explos1n)初期的傾斜確定了隨后的膨脹沖程期間活塞的姿勢(shì)?；钊共康南露说淖冃螌?dǎo)致活塞傾斜且促使推力的載荷朝向活塞裙部的上端集中。為此原因，與活塞裙部的周邊相比，活塞裙部的上端的接觸面壓力增大。此外，在潤滑油被高的壓力擠出的情況下，潤滑狀態(tài)惡化，使得摩擦損失增大。日本特開平09-89106號(hào)公報(bào)公開了內(nèi)燃機(jī)的活塞結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例。
[0005]根據(jù)在日本特開平09-89106號(hào)公報(bào)中公開的內(nèi)燃機(jī)的活塞結(jié)構(gòu)，活塞包括:活塞頭部；活塞裙部，其構(gòu)造成在活塞頭部下方與氣缸滑動(dòng)地接觸；以及活塞側(cè)壁，其設(shè)置在活塞裙部內(nèi)且活塞銷孔形成于活塞側(cè)壁，活塞裙部的外周構(gòu)造成如下的橢圓形狀的一部分:該橢圓形狀的短軸為活塞銷孔的軸線的方向且長軸為與活塞銷孔的軸線的方向正交的方向，活塞裙部的至少推力側(cè)內(nèi)表面設(shè)置有沿著在活塞的上下方向上的推力軸線的厚壁肋，并且位于該肋的上端側(cè)的油環(huán)槽的底壁形成有沿著活塞裙部的外周方向的縫。
[0006]在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)用活塞中，當(dāng)活塞裙部的下端厚時(shí)，能夠抑制活塞的傾斜。然而，由于活塞裙部難以隨著氣缸變形，因此活塞會(huì)傾斜且由此與氣缸形成點(diǎn)接觸，使得與氣缸的接觸面壓力增大。為此原因，妨礙了活塞的平滑往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得形成了伴隨被稱為所謂的翅起(cocking)的偏碰撞接觸(biased collis1n contact)的滑動(dòng)狀態(tài)。在活塞裙部的下端的厚度被制得均勻以抑制傾斜的活塞的情況下，不存在偏碰撞接觸。然而，難以充分地滿足在氣缸內(nèi)的平滑滑動(dòng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的在于提供如下的內(nèi)燃機(jī)用活塞:其中由于推力導(dǎo)致的活塞裙部隨著氣缸的變形區(qū)域擴(kuò)張到活塞裙部的整個(gè)區(qū)域且活塞裙部與氣缸形成面接觸，使得活塞裙部與氣缸的接觸面積增大且在活塞裙部與氣缸之間的接觸面壓力減小，由此抑制了活塞的傾斜量且使得活塞以近似直立的良好姿勢(shì)平滑地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并減小了摩擦損失。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的一方面，提供一種內(nèi)燃機(jī)用活塞。該活塞設(shè)置有:活塞頭部；活塞裙部，其構(gòu)造成在所述活塞頭部的下方與氣缸滑動(dòng)地接觸；活塞側(cè)壁，其設(shè)置在所述活塞裙部內(nèi)；以及活塞銷孔，其形成于所述活塞側(cè)壁。所述活塞裙部的外周構(gòu)造成如下橢圓形狀的一部分:該橢圓形狀的短軸為所述活塞銷孔的軸線的方向，長軸為與所述活塞銷孔的軸線的方向正交的方向。在所述活塞裙部的與所述活塞側(cè)壁連結(jié)的兩端設(shè)置有第一薄壁部，并且所述第一薄壁部從所述活塞裙部的下端向上延伸且所述第一薄壁部配置在所述活塞銷孔的軸線的下方。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方面，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定了活塞裙部的內(nèi)部厚度。由此，使得由于推力導(dǎo)致的活塞裙部的隨著氣缸的變形區(qū)域擴(kuò)張到活塞裙部的整個(gè)區(qū)域且活塞裙部與氣缸形成面接觸，使得活塞裙部與氣缸的接觸面積增大且活塞裙部與氣缸之間的接觸面壓力減小，由此抑制了活塞的傾斜量并使得活塞以近似直立的良好姿勢(shì)平滑地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并減小了摩擦損失。
【附圖說明】
[0010]在附圖中:
[0011]圖1是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、將活塞配置在氣缸內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)的截面圖；
[0012]圖2是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、圖1所示的活塞的周邊的平面圖；
[0013]圖3是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、圖2所示的活塞的活塞裙部的周邊的放大圖；
[0014]圖4是根據(jù)示例性實(shí)施方式的活塞的主視圖；
[0015]圖5是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、從吸氣側(cè)裙部看到的活塞的側(cè)視圖；
[0016]圖6是根據(jù)示例性實(shí)施方式的活塞的平面圖；
[0017]圖7是根據(jù)示例性實(shí)施方式的活塞的仰視圖；
[0018]圖8是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、沿著圖6的線VII1-VIII截取的活塞的吸氣側(cè)裙部的截面圖；
[0019]圖9是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、沿著圖8的線IX-1X截取的活塞的截面圖；
[0020]圖10是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、沿著圖8的線X-X截取的活塞的截面圖；
[0021]圖11是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、沿著圖7的線O-XI截取的活塞的第一薄壁部的周邊的截面圖；
[0022]圖12是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、沿著圖7的線O-XII截取的活塞的第一薄壁部和第二薄壁部之間的截面圖；
[0023]圖13是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、沿著圖7的線O-XIII截取的活塞的第二薄壁部的周邊的截面圖；
[0024]圖14是根據(jù)示例性實(shí)施方式的活塞的截面立體圖；
[0025]圖15是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、示出在膨脹沖程期間通過推力使活塞在氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)的內(nèi)燃機(jī)的截面圖；
[0026]圖16是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、圖15所示的活塞的周邊的平面圖；
[0027]圖17是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、圖16所示的活塞的活塞裙部的吸氣側(cè)裙部的周邊的局部放大截面圖；
[0028]圖18是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、沿水平方向看到的在膨脹沖程期間由于推力而產(chǎn)生變形的活塞裙部的第一薄壁部的周邊的截面圖；
[0029]圖19是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、沿垂直方向看到的在膨脹沖程期間由于推力而產(chǎn)生變形的活塞裙部的第一薄壁部的周邊的截面圖；
[0030]圖20是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、沿水平方向看到的在膨脹沖程期間由于推力而產(chǎn)生變形的活塞裙部的第二薄壁部的周邊的截面圖；
[0031]圖21是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、沿垂直方向看到的在膨脹沖程期間由于推力而產(chǎn)生變形的活塞裙部的第二薄壁部的周邊的截面圖；
[0032]圖22是示出活塞裙部的下端的變形量抑制效果的圖；
[0033]圖23是示出本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的接觸面積比的圖；
[0034]圖24是根據(jù)示例性實(shí)施方式的、示出吸氣側(cè)裙部的應(yīng)力分布的圖；以及
[0035]圖25是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、示出現(xiàn)有技術(shù)的吸氣側(cè)裙部的應(yīng)力分布的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明適當(dāng)?shù)卦O(shè)定了活塞裙部的內(nèi)部厚度，由此實(shí)現(xiàn)了如下的目的:使活塞裙部的由于推力而形成的、隨著氣缸的變形區(qū)域擴(kuò)張到活塞裙部的整個(gè)區(qū)域并且活塞裙部與氣缸形成面接觸，使得活塞裙部與氣缸的接觸面積增大并且活塞裙部與氣缸之間的接觸面壓力減小，由此抑制了活塞的傾斜量并且使得活塞以近似直立的良好姿勢(shì)平滑地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并減小了摩擦損失。
[0037]圖1至圖24示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。如圖1和圖2所示，安裝于車輛的內(nèi)燃機(jī)I設(shè)置有氣缸2。氣缸2具有沿上下方向延伸的圓筒形狀并且在氣缸2內(nèi)由氣缸內(nèi)周面3形成具有真正圓形的氣缸膛4。
[0038]在氣缸2的氣缸膛4中，作為內(nèi)燃機(jī)I的組成部件的、構(gòu)造成沿上下方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞5配置成與氣缸內(nèi)周面3滑動(dòng)地接觸。
[0039]活塞5經(jīng)由連接桿6連結(jié)到曲軸7并且通過曲軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)使得活塞5在氣缸2內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如圖1所示，曲軸7沿順時(shí)針方向R轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0040]關(guān)于氣缸2，如圖1所示，左側(cè)是吸氣側(cè)，而右側(cè)是排氣側(cè)，氣缸中心軸線(氣缸沖程的軸中心線)Y處于吸氣側(cè)和排氣側(cè)之間。
[0041]如圖4至圖7所示，活塞5由鋁制成，利用鑄模制造活塞5，并且活塞5沿上下方向由活塞頭部(活塞冠部)8和與活塞頭部8的下部連續(xù)設(shè)置的活塞裙部9構(gòu)成。
[0042]活塞頭部8具有圓形狀，在活塞頭部8的上表面具有活塞頂面10，在活塞頭部8的外周面沿上下方向呈三段地形成有第一活塞環(huán)槽IlA至第三活塞環(huán)槽11C。使各種活塞環(huán)裝配到第一環(huán)槽IlA至第三環(huán)槽11C。
[0043]如圖4至圖7所示，活塞裙部9具有筒狀的裙輪廓12并且在裙輪廓12內(nèi)設(shè)置有作為活塞側(cè)壁的一側(cè)活塞側(cè)壁13Α和另一側(cè)活塞側(cè)壁13Β。
[0044]一側(cè)活塞側(cè)壁13Α和另一側(cè)活塞側(cè)壁13Β形成有用作活塞銷孔的一側(cè)活塞銷孔14Α和另一側(cè)活塞銷孔14Β。
[0045]如圖6和圖7所示，一側(cè)活塞銷孔14Α和另一側(cè)活塞銷孔14Β的軸線Z的方向與吸氣側(cè)/排氣側(cè)的方向正交。軸線Z穿過活塞中心O。此外，活塞中心O定位在活塞中心軸線Y上。
[0046]活塞銷15插入到一側(cè)活塞銷孔14Α和另一側(cè)活塞銷孔14Β中。如圖1所示，活塞銷15與連接桿6連結(jié)。
[0047]如圖6和圖7所示，一側(cè)活塞側(cè)壁13A和另一側(cè)活塞側(cè)壁13B以相對(duì)于水平軸線V的預(yù)定間隔對(duì)稱地配置，該水平軸線V與軸線Z正交且穿過活塞中心O。