內燃機用活塞的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及內燃機用活塞，更特別地，涉及施加了由燃燒壓力產生的推力(橫向力)的內燃機用活塞。
【背景技術】
[0002]作為安裝于車輛的內燃機的組成部件之一的活塞構造成在氣缸內往復運動(上下運動)。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]關于活塞，由于由燃燒壓力產生的推力(橫向力)而首先變形的是活塞裙部的下端。當活塞裙部的下端薄時，在來自排氣側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而上部位于排氣側的方式傾斜。活塞在爆發(explos1n)初期的傾斜確定了隨后的膨脹沖程期間活塞的姿勢。活塞裙部的下端的變形導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，潤滑狀態惡化，使得摩擦損失增大。日本特開平09-89106號公報公開了內燃機的活塞結構的一個示例。
[0005]根據在日本特開平09-89106號公報中公開的內燃機的活塞結構，活塞包括:活塞頭部；活塞裙部，其構造成在活塞頭部下方與氣缸滑動地接觸；以及活塞側壁，其設置在活塞裙部內且活塞銷孔形成于活塞側壁，活塞裙部的外周構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內表面設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的油環槽的底壁形成有沿著活塞裙部的外周方向的縫。
[0006]在根據現有技術的內燃機用活塞中，當活塞裙部的下端厚時，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，因此活塞會傾斜且由此與氣缸形成點接觸，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運動，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)的滑動狀態。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的平滑滑動性能。
【發明內容】
[0007]因此，本發明的目的在于提供如下的內燃機用活塞:其中由于推力導致的活塞裙部隨著氣缸的變形區域擴張到活塞裙部的整個區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平滑地往復運動，并減小了摩擦損失。
[0008]根據本發明的實施方式的一方面，提供一種內燃機用活塞。該活塞設置有:活塞頭部；活塞裙部，其構造成在所述活塞頭部的下方與氣缸滑動地接觸；活塞側壁，其設置在所述活塞裙部內；以及活塞銷孔，其形成于所述活塞側壁。所述活塞裙部的外周構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壁連結的兩端設置有第一薄壁部，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]根據本發明的實施方式的方面，適當地設定了活塞裙部的內部厚度。由此，使得由于推力導致的活塞裙部的隨著氣缸的變形區域擴張到活塞裙部的整個區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平滑地往復運動，并減小了摩擦損失。
【附圖說明】
[0010]在附圖中:
[0011]圖1是根據示例性實施方式的、將活塞配置在氣缸內的內燃機的截面圖；
[0012]圖2是根據示例性實施方式的、圖1所示的活塞的周邊的平面圖；
[0013]圖3是根據示例性實施方式的、圖2所示的活塞的活塞裙部的周邊的放大圖；
[0014]圖4是根據示例性實施方式的活塞的主視圖；
[0015]圖5是根據示例性實施方式的、從吸氣側裙部看到的活塞的側視圖；
[0016]圖6是根據示例性實施方式的活塞的平面圖；
[0017]圖7是根據示例性實施方式的活塞的仰視圖；
[0018]圖8是根據示例性實施方式的、沿著圖6的線VII1-VIII截取的活塞的吸氣側裙部的截面圖；
[0019]圖9是根據示例性實施方式的、沿著圖8的線IX-1X截取的活塞的截面圖；
[0020]圖10是根據示例性實施方式的、沿著圖8的線X-X截取的活塞的截面圖；
[0021]圖11是根據示例性實施方式的、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是根據示例性實施方式的、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是根據示例性實施方式的、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是根據示例性實施方式的活塞的截面立體圖；
[0025]圖15是根據示例性實施方式的、示出在膨脹沖程期間通過推力使活塞在氣缸內運動的狀態的內燃機的截面圖；
[0026]圖16是根據示例性實施方式的、圖15所示的活塞的周邊的平面圖；
[0027]圖17是根據示例性實施方式的、圖16所示的活塞的活塞裙部的吸氣側裙部的周邊的局部放大截面圖；
[0028]圖18是根據示例性實施方式的、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是根據示例性實施方式的、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是根據示例性實施方式的、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是根據示例性實施方式的、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是示出本發明和現有技術的接觸面積比的圖；
[0034]圖24是根據示例性實施方式的、示出吸氣側裙部的應力分布的圖；以及
[0035]圖25是根據現有技術的、示出現有技術的吸氣側裙部的應力分布的圖。
【具體實施方式】
[0036]本發明適當地設定了活塞裙部的內部厚度，由此實現了如下的目的:使活塞裙部的由于推力而形成的、隨著氣缸的變形區域擴張到活塞裙部的整個區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平滑地往復運動，并減小了摩擦損失。
[0037]圖1至圖24示出了本發明的示例性實施方式。如圖1和圖2所示，安裝于車輛的內燃機I設置有氣缸2。氣缸2具有沿上下方向延伸的圓筒形狀并且在氣缸2內由氣缸內周面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，作為內燃機I的組成部件的、構造成沿上下方向往復運動的活塞5配置成與氣缸內周面3滑動地接觸。
[0039]活塞5經由連接桿6連結到曲軸7并且通過曲軸7的轉動使得活塞5在氣缸2內往復運動。如圖1所示，曲軸7沿順時針方向R轉動。
[0040]關于氣缸2，如圖1所示，左側是吸氣側，而右側是排氣側，氣缸中心軸線(氣缸沖程的軸中心線)Y處于吸氣側和排氣側之間。
[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的下部連續設置的活塞裙部9構成。
[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槽IlA至第三活塞環槽11C。使各種活塞環裝配到第一環槽IlA至第三環槽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內設置有作為活塞側壁的一側活塞側壁13Α和另一側活塞側壁13Β。
[0044]一側活塞側壁13Α和另一側活塞側壁13Β形成有用作活塞銷孔的一側活塞銷孔14Α和另一側活塞銷孔14Β。
[0045]如圖6和圖7所示，一側活塞銷孔14Α和另一側活塞銷孔14Β的軸線Z的方向與吸氣側/排氣側的方向正交。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插入到一側活塞銷孔14Α和另一側活塞銷孔14Β中。如圖1所示，活塞銷15與連接桿6連結。
[0047]如圖6和圖7所示，一側活塞側壁13A和另一側活塞側壁13B以相對于水平軸線V的預定間隔對稱地配置，該水平軸線V與軸線Z正交且穿過活塞中心O。