CN106337756A - 带有减少的汽缸摩擦的机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有减少的汽缸摩擦的机器。一种具有一个或多个汽缸的机器，每个汽缸具有经配置以接合活塞的活塞环的圆周表面的内表面，从而限定在汽缸的内表面和活塞环的圆周表面之间的接触区，内表面具有缩进到内表面中的至少一个凹槽，其中在活塞行进方向上凹槽的尺寸与在活塞行进方向上接触区的尺寸的比率在约1∶5到3∶5的范围内。

Description

带有减少的汽缸摩擦的机器

相关申请

本申请要求2015年7月10日提交的英国专利申请No.1512124.7的优先权，其全部内容以引用方式并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及机器(诸如线性致动器或旋转机械)，所述机器具有一个或多个汽缸，每个汽缸具有包括缩进到内表面中的多个凹槽的内表面，且尤其涉及具有仅提供在汽缸孔的预定区域中的多个凹槽的汽缸内表面。

术语“旋转机械”旨在涵盖往复式机器，诸如内燃发动机、压缩机和真空泵以及带有旋转组件但无往复式部件的机器。

背景技术

内燃发动机通常具有一个或多个往复式活塞，其经润滑以减少活塞在汽缸孔内滑动时的摩擦。由于在润滑剂中产生的剪切力、在表面粗糙体之间的接触和由润滑剂中的助剂引起的边界接触，润滑的滑动接触(诸如在活塞的活塞环和汽缸孔的内表面之间)具有摩擦损失。

为了提高发动机的效率及减少发动机组件之间的磨损，减少在活塞环和汽缸内表面之间的摩擦是期望的。组件之间的摩擦可由若干因素确定，所述因素包括发动机的运转参数和滑动表面中每个的构造。例如，滑动组件之间的摩擦系数可使用斯特里贝克(Stribeck)曲线确定，所述斯特里贝克曲线被用于根据润滑剂的粘度与每单位载荷的组件之间的相对速度对两个表面之间的摩擦特性进行分类。这样，摩擦可通过在斯特里贝克曲线上最小点运转而最小化，所述斯特里贝克曲线限定在液动润滑和混合润滑之间的过渡。然而，由于在活塞移动范围的极限的活塞和汽缸之间低相对速度，在整个活塞冲程过程中保持在斯特里贝克曲线上的最小点处运转是困难的。

发明内容

根据本公开的方面，提供具有一个或多个汽缸的机器，诸如内燃发动机、压缩机、线性致动器或真空泵。每个汽缸具有经配置以接合活塞的活塞环的圆周表面的至少一部分的内表面。在本公开的上下文中，术语“接合”旨在涵盖由润滑剂的薄膜分离的两个表面以及发生直接物理接触的表面。接合内表面的活塞环的部分限定在汽缸内表面和活塞环的圆周表面之间的接触区。接触区具有在活塞行进方向上的尺寸(例如轴向尺寸)，其在活塞的行进方向上限定接触区的总体长度。内表面具有缩进到内表面中的至少一个凹槽。凹槽具有在活塞行进方向上的尺寸(例如轴向尺寸)，其在活塞的行进方向上限定凹槽的总体长度。在活塞行进方向上的凹槽尺寸可小于在活塞行进方向上接触区的尺寸。在活塞行进方向上凹槽的尺寸与在活塞行进方向上接触区的尺寸的比率可在约1∶5到3∶5的范围内。例如，活塞环的圆周表面和/或接触区在活塞行进方向上可具有约100μm到300μm的尺寸。凹槽在活塞行进方向上可具有约60μm的最大尺寸。这样，凹槽可经配置使得活塞环的圆周表面和/或接触区覆盖(即，完全地跨越)凹槽的开口以阻止润滑剂渗漏出凹槽。

汽缸的内表面和活塞环的圆周表面的至少一部分例如在发动机运转期间在接触区中可平行。活塞环和/或内表面可经配置以在加载下弹性变形。在加载下弹性变形及接合汽缸内表面的活塞环的部分可限定在汽缸的内表面和活塞环的圆周表面之间的弹性接触区。在活塞行进方向上的接触区的尺寸可由活塞环的弹性变形部分的尺寸(例如轴向长度)限定。作为活塞环和/或内表面弹性变形的结果，活塞环的圆周表面和汽缸的内表面可平行。在活塞行进方向上的凹槽尺寸可小于在活塞行进方向上活塞环的弹性变形部分的尺寸。在活塞行进方向上凹槽的尺寸与在活塞行进方向上弹性接触区的尺寸的比率可在约1∶5到3∶5的范围内。

润滑剂可用于减少在活塞环和汽缸内表面之间的摩擦。润滑剂膜在发动机的运转期间可形成在活塞环的圆周表面和汽缸的内表面之间的接触区中。在圆周表面的至少一部分和内表面之间的润滑剂膜在发动机运转期间可具有在活塞行进方向上大体上恒定的膜厚度。例如，润滑剂膜的膜厚度可在活塞环的圆周表面和汽缸内表面平行处大体上恒定。具有大体上恒定膜厚度的润滑剂膜的部分可具有在活塞行进方向上的尺寸(例如轴向尺寸)，其限定具有大体上恒定膜厚度的润滑剂膜的部分的总体长度。在活塞行进方向上的凹槽尺寸可小于在活塞行进方向上具有大体上恒定膜厚度的润滑剂膜的部分的尺寸。在活塞行进方向上凹槽的尺寸与在活塞行进方向上具有大体上恒定膜厚度的润滑剂膜的部分的尺寸的比率可在约1∶5到3∶5的范围内。

内表面可包括具有缩进到内表面中的多个凹槽的顶部区域。当活塞在冲程的上止点时顶部区域可远离顶部活塞环和内表面之间的接触区朝向汽缸的底部端部延伸。内表面可包括具有缩进到内表面中的多个凹槽的底部区域。当活塞在活塞冲程的下止点时底部区域可远离底部活塞环和内表面之间的接触区朝向汽缸的顶部端部延伸。内表面可为汽缸体的孔的内表面。内表面可为汽缸套的内表面。

凹槽可经配置以保留流体，例如每个凹槽可包括经配置以在内表面中捕集流体的凹口(pocket)。凹槽可经配置以减速速率，在所述速率下流体从内表面的顶部和/底部区域流尽。顶部区域和底部区域可由不具有缩进到内表面中的凹槽的中间区域分离。顶部区域和底部区域在活塞行进方向上可例如由中间区域间隔开。

顶部区域可包括绕内表面的整个圆周延伸的凹槽的顶部带。底部区域可包括绕内表面的整个圆周延伸的凹槽的底部带。中间区域可包括不具有绕内表面的整个圆周延伸的凹槽的中间带。顶部带可具有在活塞行进方向上的轴向尺寸。底部带可具有在活塞行进方向上的轴向尺寸。中间带可具有在活塞行进方向上的轴向尺寸。中间带的轴向尺寸可大于顶部带和/或底部带的轴向尺寸。

在活塞环和汽缸内表面之间的接触区可包括由在活塞环的顶部边缘和内表面之间的圆周接触以及活塞环的底部边缘和内表面之间的圆周接触为边界的区域。

接触区，例如，当活塞在冲程的上止点时，在顶部活塞环和汽缸内表面之间的顶部接触区，可包括由在顶部活塞环的顶部边缘和内表面以及顶部活塞环的底部边缘和内表面之间的圆周接触为边界的区域。

接触区，例如，当活塞在冲程的上止点时，在底部活塞环和汽缸内表面之间的底部接触区，可包括由在底部活塞环的顶部边缘和内表面，以及底部活塞环的底部边缘和内表面之间的圆周接触为边界的区域。

当活塞在冲程的上止点时，顶部区域可从顶部活塞环和内表面之间的接触区(例如，以预定偏移距离)偏移。顶部区域可从顶部接触区朝向底部区域偏移。当活塞在冲程的上止点时，顶部区域可从顶部活塞环和内表面之间的接触区偏移约1mm。偏移距离可为大于0mm的任何距离。偏移距离可取决于在顶部活塞环和底部活塞环之间的距离，例如环组合件(ring pack)的长度。

当活塞在冲程的下止点时，底部区域可从底部活塞环和内表面之间的接触区(例如，以预定距离)偏移。底部区域可从底部接触区朝向顶部区域偏移。当活塞在冲程的下止点时，底部区域可从底部活塞环和内表面之间的接触区偏移约1mm。

当活塞在冲程的上止点时，顶部区域可从顶部活塞环的顶部边缘延伸。当活塞在冲程的上止点时，顶部区域可从顶部活塞环的底部边缘延伸。当活塞在冲程的上止点时，顶部区域可从顶部活塞环的顶部边缘和底部边缘之间延伸。

当活塞在冲程的下止点时，底部区域可从底部活塞环的顶部边缘延伸。当活塞在冲程的下止点时，底部区域可从底部活塞环的底部边缘延伸。当活塞在冲程的下止点时，底部区域可从底部活塞环的底部边缘和顶部边缘之间延伸。顶部区域和底部区域可朝向彼此延伸。

根据本公开的另一个方面，提供设计、形成或制造机器的方法。该机器包括一个或多个汽缸。每个汽缸具有经配置以接合活塞的活塞环的圆周表面的至少一部分的内表面。术语“接合”旨在涵盖由润滑剂的薄膜分离的两个表面以及发生直接物理接触的表面。接合内表面的活塞环的部分限定在汽缸内表面和活塞环的圆周表面之间的接触区。接触区具有在活塞行进方向上的尺寸，例如限定接触区的总体长度的轴向尺寸。内表面具有缩进到内表面中的至少一个凹槽。该方法包括确定在活塞行进方向上接触区的尺寸。该方法可包括设计、形成和/或制造凹槽使得在活塞行进方向上凹槽尺寸小于在活塞行进方向上接触区的尺寸。该方法可包括设计、形成和/或制造凹槽使得在活塞行进方向上凹槽的尺寸与在活塞行进方向上接触区的尺寸的比率可在约1∶5到3∶5的范围内。

根据本公开的方面，提供具有一个或多个汽缸的机器，诸如内燃发动机、压缩机、线性致动器或真空泵。每个汽缸具有经配置以接合活塞的活塞环的圆周表面的至少一部分的内表面。内表面具有缩进到内表面中的至少一个凹槽。凹槽可具有圆周尺寸(例如在圆周方向上的尺寸)，其限定在圆周方向上凹槽的总体尺寸。凹槽可布置成绕内表面周向延伸的列。每列中的凹槽可具有邻近凹槽之间的圆周间距。列可为邻近的列。在圆周方向上凹槽的尺寸与圆周间距的尺寸的比率可为约2∶1。凹槽的列中的一个可在圆周方向上从凹槽的列的另一个偏移一偏移距离。在圆周方向上凹槽的尺寸与偏移距离的尺寸的比率可为约2∶1。

根据本公开的另一个方面，提供设计、形成或制造机器的方法。机器包括一个或多个汽缸。每个汽缸具有经配置以接合活塞的活塞环的圆周表面的至少一部分的内表面。内表面具有缩进到内表面中的至少一个凹槽。凹槽可具有圆周尺寸(例如在圆周方向上的尺寸)，其限定在圆周方向上凹槽的总体尺寸。凹槽可布置成绕内表面周向延伸的列。列可为邻近的列。每列的凹槽可具有邻近凹槽之间的圆周间距。该方法可包括设计、形成和/或制造凹槽使得在圆周方向上凹槽的尺寸与圆周间距的尺寸的比率可为约2∶1。凹槽的列中的一个可在圆周方向上从凹槽的列的另一个偏移一偏移距离。该方法可包括设计、形成和/或制造凹槽使得在圆周方向上凹槽的尺寸与偏移距离的尺寸的比率可为约2∶1。

根据本公开的另一个方面，提供具有一个或多个汽缸的发动机。每个汽缸具有经配置以接合发动机活塞的一个或多个活塞环的内表面。内表面可包括具有缩进到内表面中的多个凹槽的顶部区域。当活塞在冲程的上止点时，顶部区域可远离顶部活塞环和内表面之间的接触区朝向汽缸的底部端部延伸。内表面可包括具有缩进到内表面中的多个凹槽的底部区域。当活塞在活塞冲程的下止点时，底部区域可远离底部活塞环和内表面之间的接触区朝向汽缸的顶部端部延伸。

根据本公开的另一个方面，提供制造发动机的方法。发动机包括一个或多个汽缸。每个汽缸具有经配置以接合发动机活塞的一个或多个活塞环的内表面。该方法可包括提供缩进到内表面的顶部区域中的多个凹槽。当活塞在冲程的上止点时，顶部区域可远离顶部活塞环和内表面之间的接触区朝向汽缸的底部端部延伸。该方法可包括提供缩进到内表面的底部区域中的多个凹槽。在活塞冲程的下止点，底部区域可远离底部活塞环和内表面之间的接触区朝向汽缸的顶部端部延伸。

根据本公开的另一个方面，提供设备(例如旋转机械，诸如发动机、压缩机、真空泵或齿轮箱，或线性致动器)的轴承接口。设备具有第一元件和第二元件。第一元件可经配置以在设备的运转期间相对于第二元件移动(例如滑动和/或旋转)。第二元件可经配置以在设备的运转期间相对于第一元件移动(例如滑动和/或旋转)。第一元件可在设备的运转期间相对于第二元件固定(例如静止的)。第二元件可在设备的运转期间相对于第一元件固定(例如静止的)。第一元件包括第一轴承表面。第二元件包括第二轴承表面。第一轴承表面和第二轴承表面经配置以彼此接合。术语“接合”旨在涵盖由润滑剂的薄膜分离的两个表面以及发生直接物理接触的表面。第一轴承表面经配置以接合第二轴承表面的至少一部分。接合第一元件的第二元件的一部分限定第一轴承表面和第二轴承表面之间的接触区。第一轴承表面具有缩进到第一轴承表面中的至少一个凹槽(例如，凹口)。凹槽可包括在第一轴承表面中的开口。在第二元件相对于第一元件移动的方向上凹槽的尺寸(例如，凹槽的开口的尺寸)小于在第二元件移动方向上接触区的尺寸。

在设备的运转期间第一轴承表面与第二轴承表面的至少一部分可在接触区中平行。第二轴承表面可经配置以在与第一轴承表面接合时弹性地变形。在第二元件的移动方向上接触区的尺寸可由在第二元件的移动方向上第二轴承表面的弹性地变形部分的尺寸限定。在第二元件的移动方向上凹槽的尺寸可小于在第二元件的移动方向上第二轴承表面的弹性地变形部分的尺寸。在第二元件移动方向上凹槽的尺寸与在第二元件移动方向上接触区的尺寸的比率可在约1∶5到3∶5的范围内。

根据本公开的另一个方面，提供设计、形成或制造设备(例如旋转机械，诸如发动机、压缩机、真空泵或齿轮箱，或线性致动器)的轴承接口的方法。该设备包括第一元件和第二元件。第一元件可经配置以在设备的运转期间相对于第二元件移动(例如滑动和/或旋转)。第二元件可经配置以在设备的运转期间相对于第一元件移动(例如滑动和/或旋转)。第一元件可在设备的运转期间相对于第二元件固定(例如静止的)。第二元件可在设备的运转期间相对于第一元件固定(例如静止的)。第一元件包括第一轴承表面。第二元件包括第二轴承表面。第一轴承表面和第二轴承表面经配置以彼此接合。第一轴承表面经配置以接合第二轴承表面的至少一部分。接合第一轴承表面的第二轴承表面的一部分限定第一轴承表面和第二轴承表面之间的接触区。第一轴承表面具有缩进到第一轴承表面中的至少一个凹槽(例如，凹口)。凹槽可包括在第一轴承表面中的开口。该方法包括确定在第二元件移动方向上接触区的尺寸。该方法可包括设计、形成和/或制造凹槽使得在第二元件移动方向上凹槽的尺寸小于在第二元件移动方向上接触区的尺寸。方法可包括设计、形成和/制造凹槽使得在第二元件移动方向上凹槽的尺寸与在第二元件移动方向上接触区的尺寸的比率可在约1∶5到3∶5的范围内。

为了在说明书中避免不必要重复劳动和文本重复，仅关于本公开的一个或若干方面或者布置描述某些特征。然而，应当理解，在技术上可以的情况下，关于本公开的任何方面或布置描述的特征也可与本公开的任何其它方面或布置一起使用。

附图说明

为了更好理解本公开且更清楚地示出其可如何付诸实施，现将以举例的方式参考附图，其中：

图1示出通过发动机的局部横截面；

图2示出发动机活塞的活塞环的详细视图；

图3示出在活塞环和汽缸内表面之间的流体膜的图解示意图；

图4示出发动机的汽缸；

图5示出汽缸套的内表面；

图6示出另一个汽缸套的内表面；

图7示出又一个汽缸套的内表面；

图8示出多个凹槽的详细视图。

具体实施方式

图1以发动机101的形式示出机器的简化横截面。发动机101为具有顶置凸轮轴的四缸发动机。然而，发动机101可为任何类型的发动机，例如单顶置凸轮轴(SOHC)发动机，双顶置凸轮轴(DOHC)发动机，顶置阀门(OHV)发动机，或其它适当类型的发动机。虽然在图1中示出的发动机101为四缸发动机，但发动机101可包括任何适当数量的汽缸103，例如发动机101可为三缸发动机，六缸发动机或八缸发动机。汽缸103能以适当构造(诸如直列式、水平对置式或V形)布置。

汽缸103的每个包括经配置以接合发动机活塞109的活塞环107的内表面105。内表面105可为直接形成到发动机101的汽缸体中的汽缸孔的内表面，如在图1到图3所示。另选地，内表面105可为装配到汽缸体中的汽缸套的内表面。

在发动机101的运转期间，活塞109的每个在汽缸103内在上止点位置和下止点位置之间往复运动。在本公开的上下文中，术语“上止点”是指活塞行进的最远点，在该处活塞从向上冲程(即，远离发动机101的曲轴)改变为向下冲程(即，朝向发动机101的曲轴)。术语“下止点”是指活塞行进的最远点，在该处活塞从向下冲程改变为向上冲程。在类似的方式中，术语汽缸103的“顶部”端部是指在该处活塞109到达上止点的汽缸103的端部，而术语汽缸103的“底部”端部是指在该处活塞109到达下止点的汽缸103的端部。

在发动机101的运转期间，活塞109的线速度在最小速度(例如，当活塞在上止点或下止点相对于汽缸103静止时的零速度)和活塞109在上止点和下止点之间移动的最大速度之间变化。由于活塞109速度的改变，在活塞109在汽缸孔内行进时，活塞环107和汽缸的内表面105之间的摩擦系数变化。

为了减少在发动机101的滑动组件(诸如活塞环107和汽缸的内表面105)之间的摩擦，可使用润滑剂。滑动组件之间的摩擦系数可使用斯特里贝克曲线确定，所述斯特里贝克曲线根据润滑剂的粘度与每单位载荷的组件之间的相对速度对两个表面之间的摩擦特性进行分类。可通过在斯特里贝克曲线上最小点处运转而最小化摩擦，所述最小点限定在液动润滑和混合润滑之间的摩擦学上的过渡。然而，由于活塞109的周期性加速和减速，在整个活塞冲程过程中保持在斯特里贝克曲线上最小点处运转是困难的。例如，由于在活塞109和汽缸103之间的低相对速度，保持朝向活塞冲程的顶部端部和底部端部的液动润滑是困难的。尤其是，在活塞109的行进结束时(在该处活塞速度下降到零)，由于不存在形成液动润滑剂膜的运动，在活塞环107和汽缸103的内表面105之间的润滑剂膜能够塌缩。膜的塌缩取决于润滑剂能够从活塞环107和汽缸103的内表面105之间的接触区111多快流尽。

图2示出在活塞环107和汽缸103的内表面105之间的接触区111、111A、111B的详细视图。在图1到图3所示的布置中，活塞109具有顶部活塞环107A和底部活塞环107B。然而，活塞109可具有任何适当数量的活塞环107，例如图1到图3的活塞109具有中间活塞环107C。活塞环107的每个可经配置以执行不同功能，例如顶部活塞环107A可为经配置以在活塞109的任一侧面上提供汽缸103的顶部和底部之间的密封的压缩环，且底部活塞环107B可为经配置以从汽缸103的内表面105去除油的刮油环。

在图2所示的布置中，顶部活塞环107A和底部活塞环107B各自包括经配置以接合汽缸103的内表面105的圆周表面117A和圆周表面117B。活塞环107与活塞109轴向地对准由此使得圆周表面117A、圆周表面117B大体上接合汽缸103的内表面105。这样，在顶部活塞环107A和汽缸103的内表面105之间的接触区111A由在顶部活塞环107A的顶部边缘113A和内表面105之间的圆周接触以及顶部活塞环107A的底部边缘115A和内表面105之间的圆周接触为边界的区域限定。以类似方式，在底部活塞环107B和汽缸103的内表面105之间的接触区111B包括在底部活塞环107B的顶部边缘113B和内表面105之间的圆周接触以及底部活塞环107B的底部边缘115B和内表面105之间的圆周接触为边界的区域。然而，在不同的布置中，活塞环107可经配置使得圆周表面117A、117B的仅一部分或圆周表面117A、117B的每个接合汽缸103的内表面105。例如圆周表面117A、117B可包括至少部分地绕活塞环107的圆周延伸的一个或多个肋部/突出部。应当理解，因此在活塞环107的任何一个之间的接触区可由接合汽缸103的内表面105的活塞环107的圆周表面的部分限定。

汽缸103的内表面105包括朝向汽缸103的顶部端部定位的顶部区域119和朝向汽缸103的底部端部定位的底部区域121。顶部区域119和底部区域121中的每个可包括缩进到内表面105中的多个凹槽129。凹槽129可包括在内表面105中的任何类型开口，其使得当活塞环107在开口上移动时流体(诸如润滑剂)存留在开口内。例如，凹槽129可包括成形用于保留润滑剂和/或降低润滑剂从接触区流尽的速度的多个凹口。凹口可为任何形状，例如凹口可为正方形、矩形、圆形或任何其它形状。在一个布置中，凹口可为彼此类似的形状。在另一个布置中，多个凹口可包括若干不同形成/成形的凹口，例如多个凹口可包括经配置以捕集润滑剂的若干圆底凹口和若干方底凹口。

为了凹口有效，在活塞环107在凹口上行进时，润滑剂需要被限制从凹口“泄漏”出去。这能够通过在活塞109的行进方向上具有比凹槽129的开口131大的接触区111、111A、111B而实现。在图2中，活塞环107的每个具有圆周表面，所述圆周表面具有直/平坦轮廓，使得在发动机运转期间圆周表面大体上平行于内表面105。在该布置中，在活塞109的行进方向上接触区111、111A、111B的尺寸可由活塞环107的顶部边缘和底部边缘之间的尺寸限定。为了阻止润滑剂泄漏出凹口，凹口可经设计使得在活塞109的行进方向上凹口的总体尺寸131小于活塞环107的顶部边缘和底部边缘之间的尺寸。

然而，圆周表面可具有弯曲轮廓，例如桶状轮廓。在活塞109的行进方向上接触区111、111A、111B的尺寸可由活塞环107的内表面和圆周表面的部分之间在加载下弹性地变形的弹性接触区的大小(例如，轴向长度)限定。例如，在活塞109的行进方向上接触区111、111A、111B的尺寸可由弹性地变形以提供与汽缸103的内表面105平行的圆周表面的一部分的弯曲轮廓的一部分限定。弹性接触区的大小可取决于活塞环107抵靠内表面105的径向加载，活塞环107的圆周表面的形状/形式，和/或各自表面的材料特性(例如，杨氏模量)。为了阻止润滑剂泄漏出凹口，凹口可经设计使得在活塞109的行进方向上凹口的总体尺寸131小于在活塞行进方向上弹性接触区的尺寸。

在发动机的运转期间，例如因为在各自表面之间的动作，润滑剂膜133可形成在活塞环107的圆周表面和汽缸103的内表面105之间。图3示出在活塞环107相对于内表面105移动时在活塞环107和汽缸103的内表面105之间的润滑剂膜133的图解示意图。润滑剂膜133具有膜厚度，膜厚度为活塞环107的圆周表面的形状、活塞环107和内表面105之间的速度梯度、润滑剂的剪切应力、润滑剂的动态粘度和/或活塞环107的径向载荷的函数。在图3中，润滑剂膜133的厚度在活塞环107前面的会聚区中的最大厚度和在活塞环107后面的发散区(例如在该处膜133成气蚀)中的最小厚度之间变化。在图3中，活塞环107为具有在加载下弹性地变形的弯曲圆周表面的桶状活塞环，其引起圆周表面的一部分与汽缸103的内表面105平行。因此，润滑剂膜133在其中圆周表面与内表面105平行的区域中具有恒定膜厚度的部分135。为了阻止润滑剂泄漏出凹口，凹口可经设计使得在活塞109的行进方向上凹口的总体尺寸131小于具有恒定膜厚度的润滑剂膜133的部分135的长度。

通过捕集润滑剂，可以确保润滑状态保持为液动式且阻止活塞环107和汽缸103的内表面105之间的接触，例如在其中活塞109的速度接近零的内表面105的那些区域中。然而，在其中活塞109有高速度的内表面105的那些区域(例如活塞109的中冲程)中，提供的凹槽可起增大摩擦系数的作用，因为由于在活塞环107和汽缸103的表面105之间的高相对速度的液动膜可已经建立。因此希望仅在其中活塞环107和内表面105之间相对速度接近零的内表面105的区域中(例如活塞109在活塞冲程的上止点和下止点处内表面105的区域中)提供凹槽。

图4示出具有在上止点的第一位置123和在下止点的第二位置125的活塞109的汽缸103的示意图。当活塞109在冲程的上止点时，内表面105的顶部区域119远离顶部活塞环107A和内表面105之间的接触区111A朝向汽缸103的底部端部延伸。如在图4所示的布置中，当活塞109在上止点时，顶部区域119从顶部活塞环107A的底部边缘115A延伸。然而，当活塞109在冲程的上止点时，顶部区域119可从顶部活塞环107A和内表面105之间的接触区111A的任何部分延伸。例如，当活塞109在上止点时，顶部区域119可从顶部活塞环107A的顶部边缘113A延伸，或从顶部边缘113A和底部边缘115A之间的任何点延伸。在另一个布置中，当活塞109在冲程的上止点时，顶部区域119可从顶部活塞环107A和内表面105之间的接触区111A(例如朝向底部区域121)偏移。因此可以理解，在上述布置的每个中，当活塞109在冲程的上止点时，顶部区域119没有延伸到顶部活塞环107A的行进范围之外，并且多个凹槽没有被设置在顶部活塞环107A的行进范围之外。

当活塞109在冲程的下止点时，底部区域121远离底部活塞环107B和内表面105之间的接触区111B朝向汽缸103的顶部端部延伸。如在图4所示的布置中，当活塞109在下止点时，底部区域121从底部活塞环107B的顶部边缘113B延伸。然而，当活塞109在冲程的下止点时，底部区域121可从底部活塞环107B和内表面105之间的接触区111B的任何部分延伸。例如，当活塞109在下止点时，底部区域121可从底部活塞环107B的底部边缘115B延伸，或从顶部边缘113B和底部边缘115B之间的任何点延伸。在另一个布置中，当活塞109在冲程的下止点时，底部区域121可从底部活塞环107B和内表面105之间的接触区111B(例如朝向顶部区域119)偏移。因此可以理解，在上述布置的每个中，当活塞109在冲程的下止点时，底部区域121没有延伸到底部活塞环107B的行进范围之外，并且多个凹槽没有被设置在底部活塞环107B的行进范围之外。

汽缸103的内表面105可包括在顶部区域119和底部区域121之间的中间区域127。中间区域127可相邻顶部区域119和底部区域121，或可与顶部区域119和底部区域121间隔开和分开。中间区域127可提供没有经配置以捕集流体的凹槽的内表面区域，例如内表面105的中间区域127可为分离顶部区域119和底部区域121的光滑表面。中间区域可在内表面105的大部分上提供，顶部区域和底部区域朝向内表面的顶部末端和底部末端提供。因此，汽缸103的内表面105可经配置以提供离散区域119、121，其经配置以在活塞109的速度接近零的活塞冲程的区域中阻止润滑状态从液动润滑转变成边界润滑。这样，在发动机运转期间通过保持运转在近于斯特里贝克曲线最小值的润滑状态来最小化摩擦系数。

图5示出用于发动机的汽缸103的汽缸套137。汽缸套137包括具有顶部区域119的内表面105，当活塞109在冲程的上止点时，所述顶部区域119远离顶部活塞环107A和内表面105之间的接触区111A朝向汽缸103的底部端部延伸。

当活塞109在上止点时，图5上的线139A表示顶部活塞环107A的底部边缘115A。当活塞109在上止点时，顶部区域119在活塞109的行进方向上以偏移距离141A从顶部活塞环107A的底部边缘115A偏移。偏移距离141A可约为1mm，或在约0.5mm到1.5mm的范围内。顶部区域119在活塞109的行进方向上延伸距离143A。距离143A可为约20mm。当活塞109在上止点时，顶部区域可远离接触区111A朝向汽缸103的底部端部延伸使得顶部区域比底部环107B的底部边缘115B延伸得远。例如，当活塞109在上止点时，一个或多个凹槽129可提供在底部环107B的底部边缘115B以下的内表面105的区域中。距离143A可大于顶部活塞环107A的顶部边缘113A和底部活塞环107B的底部边缘115B之间的距离，或换句话说，距离143A可大于环组合件的总体高度。

在活塞环107(例如，顶部活塞环107A)具有桶状或弯曲轮廓的情况下，顶部区域119可从弹性接触区135的底部边缘偏移。

图6示出用于发动机的汽缸103的汽缸套137。汽缸套137包括内表面105，所述内表面105具有：顶部区域119，当活塞109在冲程的上止点时，所述顶部区域119远离顶部活塞环107A和内表面105之间的接触区111A朝向汽缸103的底部端部延伸；底部区域121，当活塞109在冲程的下止点时，所述底部区域121远离底部活塞环107B和内表面105之间的接触区111B朝向汽缸103的顶部端部延伸；和中间区域127，其不具有凹槽且分离顶部区域119和底部区域121。

在图6上的线139A表示当活塞109在上止点时顶部活塞环107A的底部边缘115A，而线139B表示当活塞109在上止点时底部活塞环107B的顶部边缘113B。当活塞109在上止点时，顶部区域119在活塞109的行进方向上从顶部活塞环107A的底部边缘115A以偏移距离141A偏移，而当活塞109在下止点时，底部区域121在活塞109的行进方向上从底部活塞环107B的顶部边缘113B以偏移距离141B偏移。偏移距离141A和偏移距离141B可各自为约1mm，或在约0.5mm到1.5mm的范围内。根据顶部区域119和底部区域121的运转需要，偏移距离141A和偏移距离141B可为相同距离或可为不同距离。顶部区域119在活塞109的行进方向上延伸距离143A。距离143A可为约20mm。当活塞109在上止点时，顶部区域119可远离接触区111A朝向汽缸103的底部端部延伸由此使得顶部区域119比底部环107B的底部边缘115B延伸得远。例如，当活塞109在上止点时，一个或多个凹槽129可提供在底部环107B的底部边缘115B下的内表面105的区域中。距离143A可大于顶部活塞环107A的顶部边缘113A和底部活塞环107B的底部边缘115B之间的距离，或换句话说，距离143A可大于环组合件的总体高度。

底部区域121在活塞109的行进方向上延伸距离143B。距离143A和距离143B可各自为约20mm。当活塞109在下止点时，底部区域121可远离接触区111B朝向汽缸103的顶部端部延伸由此使得底部区域121比顶部环107A的顶部边缘113A延伸得远。例如，当活塞109在下止点时，一个或多个凹槽129可被提供在顶部环107A的顶部边缘113A上的内表面105的区域中。距离143B可大于底部活塞环107B的底部边缘115B和顶部活塞环107A的顶部边缘113A之间的距离，或换句话说，距离143B可大于环组合件的总体高度。

根据顶部区域119和底部区域121的运转需要，顶部区域119和底部区域121中的每个沿内表面105的长度延伸的距离143A和距离143B可为相同距离，或可为不同距离。根据活塞的总体行进和顶部区域和底部区域分别沿内表面105延伸的距离143A、距离143B，中间区域127在活塞109的行进方向上可延伸任何适当距离。

图7示出用于发动机的汽缸103的汽缸套137。汽缸套137包括内表面105，所述内表面105具有：顶部区域119，当活塞109在冲程的上止点时，所述顶部区域119远离顶部活塞环107A和内表面105之间的接触区111A朝向汽缸103的底部端部延伸；和底部区域121，当活塞环109在冲程的下止点时，所述底部区域121远离底部活塞环107B和内表面105之间的接触区111B朝向汽缸103的顶部端部延伸。

在图7上的线139A表示当活塞109在上止点时顶部活塞环107A的底部边缘115A，而线139B表示当活塞109在上止点时底部活塞环107B的顶部边缘113B。当活塞109在上止点时，顶部区域119在活塞109的行进方向上从顶部活塞环107A的底部边缘115A以偏移距离141A偏移，而当活塞109在下止点时，底部区域121在活塞109的行进方向上从底部活塞环107B的顶部边缘113B以偏移距离141B偏移。偏移距离141A和偏移距离141B可各自为约1mm，或在约0.5mm到1.5mm的范围内。根据顶部区域119和底部区域121的运转需要，偏移距离141A和偏移距离141B可为相同距离或可为不同距离。顶部区域119和底部区域121沿内表面105延伸到顶部区域119和底部区域121会合的点，且内表面105不具有设置在顶部区域119和底部区域121之间的中间节段127。

图8示出在图5到图7中所示的多个凹槽129的详细视图。在图8的布置中，凹槽的每个具有相同构造。然而，如上所述，多个凹槽129可包括不同地成形/形成的凹槽129的任何适当组合。在图8所示的布置中，凹槽129每个具有：长度145，例如圆周长度；宽度131，例如在活塞109的行进方向上的宽度；和深度，例如凹槽129缩进到内表面105中的深度。凹槽129的长度145可为约4mm，或在约2mm到6mm的范围内。凹槽129的宽度131可为约60μm，或在约20μm到100μm的范围内。凹槽129的深度可为约5μm，或在约3μm到10μm的范围内。

凹槽129可在圆周方向和/或在活塞行进方向上(即，轴向方向)彼此间隔开。凹槽129可在圆周方向上以距离150彼此间隔开，所述距离150可为约2mm，或在约1mm到3mm的范围内。凹槽129可在轴向方向上以距离149间隔开，所述距离149可为约2mm，或在约1mm到3mm的范围内。

在图8中，凹槽129布置成在轴向方向上以距离149间隔开的列151。在每列中，凹槽129在圆周方向上以距离150彼此间隔开，由此使得每列151的凹槽129形成绕内表面105的圆周的不连续环。每列151可相对于邻近的列151交错。例如，每列151可具有关于汽缸103纵向轴线的角度偏移，由此使得邻近的列151A、151B、151C的凹槽129以距离147(其可为约2mm，或在1mm到3mm的范围内)沿圆周方向彼此间隔开。

在图8中所示的布置中，凹槽长度145与交错距离147的比率为约2∶1，且凹槽长度145与列151之间的圆周间距150的比率为约2∶1。这样，凹槽129经布置由此使得凹槽图案每三列151而重复。例如，活塞环109的圆周表面117的任何特定部分将在凹槽129上以“凹槽、凹槽、无凹槽等”序列行进。这样，保留在凹槽129中的润滑剂的液动效应绕活塞环107的圆周表面117均匀地分布。

每个凹槽129的圆周长度145可经选择以限制在活塞环107的环间隙处的润滑剂泄漏量。例如，活塞环107通常具有环间隙以允许环107装配到活塞109上，和弥补由于发动机运转期间的热膨胀的环107尺寸的改变以及其它因素。环间隙可为在活塞环107的圆周表面117中约0.25mm到约0.75mm的间隙。在活塞间隙在凹槽129上行进的情况下，活塞环107不能在凹槽129上密封，因此，润滑剂能够泄漏出凹槽。通过限制每个凹槽129的圆周长度145，可从凹槽129泄漏的润滑剂的体积被最小化同时在凹槽129中保持足够体积的润滑剂以产生所需液动效应。

在某些情况下，例如由于制造公差，凹槽129可不对准。如上述，凹槽129可具有任何适当形状；虽然设计意图可为产生具有与汽缸103的径向平面平行的圆周边缘的凹槽129，但制造的凹槽129可具有倾斜或扭曲的形状。例如，制造凹槽129的方法可包括使用其光束在相同时间旋转和平移的激光器以创建螺纹形式，从而得到具有向汽缸103的径向平面倾斜的边缘的凹槽129。另外，可存在活塞环107的顶部边缘和底部边缘之间的一些不对准。因此，可通过圆周表面117的仅一部分和内表面105之间的接合限定接触区111。因此，应当理解，接触区111、111A、111B和/或弹性接触区135在活塞109的行进方向上必须具有总体尺寸，该总体尺寸大于在活塞109的行进方向上凹槽129的总体尺寸。本领域技术人员将理解虽然已经以举例方式参考一个或多个布置描述了本公开，但本公开不限于所公开的布置且在不偏离由随附权利要求限定的本公开的范围的情况下可构建替代布置。

Claims (20)

1.一种机器，其具有一个或多个汽缸，每个汽缸具有经配置以接合活塞的活塞环的圆周表面的至少一部分的内表面，所述内表面具有缩进到所述内表面中的多个凹槽，每个凹槽具有圆周尺寸，所述凹槽布置成周向绕所述内表面延伸的列，所述列的所述凹槽具有在邻近的凹槽之间的圆周间距，其中在圆周方向上所述凹槽的所述尺寸与所述圆周间距的所述尺寸的比率为约2∶1。

2.根据权利要求1所述的机器，其中所述凹槽布置成多个列，其中所述列为邻近的列，其中凹槽的所述列中的一个在所述圆周方向上从凹槽的所述列的另一个偏移一偏移距离；其中在所述圆周方向上所述凹槽的所述尺寸与所述偏移距离的所述尺寸的比率为约2∶1。

3.根据权利要求1所述的机器，其中在所述活塞的活塞环的所述圆周表面和所述内表面之间的接合限定在所述汽缸的所述内表面和所述活塞环的所述圆周表面之间的接触区，其中在所述活塞的行进方向上所述凹槽的所述尺寸与在所述活塞的行进方向上所述接触区的尺寸的比率在约1∶5到3∶5的范围内。

4.根据权利要求3所述的机器，其中所述汽缸的所述内表面和活塞环的所述圆周表面的至少一部分在所述机器的运转期间在所述接触区中平行，其中所述凹槽被提供在汽缸体的孔中或在汽缸套的孔中。

5.根据权利要求3所述的机器，其中所述圆周表面经配置以在与所述汽缸的所述内表面接合时弹性地变形，在所述活塞的所述行进方向上所述接触区的所述尺寸由在所述活塞的所述行进方向上所述圆周表面的所述弹性变形部分的尺寸限定。

6.根据权利要求5所述的机器，其中在所述活塞的所述行进方向上所述凹槽的所述尺寸小于在所述活塞的所述行进方向上所述弹性变形部分的所述尺寸。

7.根据权利要求3所述的机器，其中润滑剂膜在所述机器的运转期间被提供在所述活塞环的所述圆周表面和所述汽缸的所述内表面之间的接触区中，所述润滑剂膜具有在所述机器的运转期间在所述活塞的所述行进方向上大体上恒定的膜厚度。

8.根据权利要求7所述的机器，其中在所述活塞的所述行进方向上所述凹槽的所述尺寸小于在所述活塞的所述行进方向上所述润滑剂膜的尺寸。

9.根据权利要求3所述的机器，其中所述内表面包括下列项中的至少一个：

顶部区域，其具有缩进到所述内表面中的多个所述凹槽，其中当所述活塞在冲程的上止点时，所述顶部区域远离顶部活塞环和所述内表面之间的接触区朝向所述汽缸的底部端部延伸；和

底部区域，其具有缩进到所述内表面中的多个所述凹槽，其中当所述活塞在所述活塞的所述冲程的下止点时，所述底部区域远离底部活塞环和所述内表面之间的接触区朝向所述汽缸的顶部端部延伸。

10.根据权利要求9所述的机器，其中所述顶部区域和所述底部区域由不具有缩进到所述内表面中的凹槽的中间区域分离，其中所述顶部区域和所述底部区域在所述活塞的所述行进方向上间隔开，其中当所述活塞在冲程的上止点时，所述顶部区域从所述顶部活塞环和所述内表面之间的所述接触区偏移。

11.根据权利要求10所述的机器，其中当所述活塞在冲程的上止点时，所述顶部区域从所述顶部活塞环和所述内表面之间的所述接触区偏移约0.5mm到约1.5mm的距离。

12.根据权利要求9所述的机器，其中当所述活塞在冲程的下止点时，所述底部区域从所述底部活塞环和所述内表面之间的所述接触区偏移。

13.根据权利要求12所述的机器，其中当所述活塞在冲程的下止点时，所述底部区域从所述底部活塞环和所述内表面之间的所述接触区偏移约0.5mm到约1.5mm的距离。

14.根据权利要求9所述的机器，其中当所述活塞在冲程的上止点时，在所述顶部活塞环和所述汽缸的所述内表面之间的所述接触区包括由所述顶部活塞环的顶部边缘和所述内表面之间的圆周接触以及所述顶部活塞环的底部边缘和所述内表面之间的圆周接触为边界的区域，其中当所述活塞在冲程的上止点时，所述顶部区域从所述顶部活塞环的所述顶部边缘和所述底部边缘之间延伸。

15.根据权利要求9所述的机器，其中当所述活塞在冲程的下止点时，在所述底部活塞环和所述汽缸的所述内表面之间的所述接触区包括由所述底部活塞环的顶部边缘和所述内表面之间的圆周接触以及所述底部活塞环的底部边缘和所述内表面之间的圆周接触为边界的区域，其中当所述活塞在冲程的下止点时，所述底部区域从所述底部活塞环的所述底部边缘和所述顶部边缘之间延伸。

16.根据权利要求9所述的机器，其中当所述活塞在冲程的上止点时，所述顶部区域从所述顶部活塞环的所述顶部边缘延伸，其中当所述活塞在冲程的上止点时，所述顶部区域从所述顶部活塞环的所述底部边缘延伸。

17.根据权利要求9所述的机器，其中当所述活塞在冲程的下止点时，所述底部区域从所述底部活塞环的所述顶部边缘延伸，其中当所述活塞在冲程的下止点时，所述底部区域从所述底部活塞环的所述底部边缘延伸。

18.根据权利要求9所述的机器，其中所述顶部区域在所述活塞的所述行进方向上延伸一距离，该距离比所述顶部活塞环的所述顶部边缘和所述底部活塞环的所述底部边缘之间的距离大。

19.根据权利要求9所述的机器，其中所述底部区域在所述活塞的所述行进方向上延伸一距离，该距离比所述底部活塞环的所述底部边缘和所述顶部活塞环的所述顶部边缘之间的距离大，其中所述顶部区域和所述底部区域朝向彼此延伸。

20.一种形成机器的方法，所述机器具有一个或多个汽缸，每个汽缸具有经配置以接合活塞的活塞环的圆周表面的至少一部分的内表面，所述内表面具有缩进到所述内表面中的多个凹槽，每个凹槽具有圆周尺寸，所述凹槽布置成列，其中所述列的所述凹槽具有在邻近的凹槽之间的圆周间距，所述方法包括：

选择在圆周方向上所述凹槽的所述尺寸与所述圆周间距的尺寸的比率；

形成周向绕所述内表面延伸的凹槽的列，其中在所述圆周方向上所述凹槽的所述尺寸与所述圆周间距的所述尺寸的所述比率为约2∶1。