壓縮高度減小的活塞以及活塞總成及其構(gòu)造方法
【專利說明】壓縮高度減小的活塞以及活塞總成及其構(gòu)造方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001]本申請(qǐng)要求2012年9月27日提交的第61/706，621號(hào)以及2013年3月15日提交的第61/794，216號(hào)美國臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大致涉及內(nèi)燃機(jī)，更具體地涉及活塞及其構(gòu)造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]發(fā)動(dòng)機(jī)制造商對(duì)于提升發(fā)動(dòng)機(jī)效率和性能的需求不斷增大，包括但不限于，節(jié)約燃料、改善燃料燃燒、減少油耗、增加排氣溫度用于車輛內(nèi)熱量的后續(xù)利用、升高缸鏜內(nèi)的壓縮荷載和溫度、減少重量并且使發(fā)動(dòng)機(jī)更緊湊。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要減小活塞的尺寸和壓縮高度，但是，燃燒室內(nèi)的升高的溫度和壓縮荷載需要使活塞維持在可行的溫度極限和負(fù)荷極限內(nèi)。如此，盡管在燃燒室內(nèi)升高溫度和壓縮荷載是理想的，需要權(quán)衡的是:這些升高限制了壓縮高度可以減小的程度并且因此限制了整體發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸可以減小的程度。進(jìn)一步，由于施加于活塞上的升高的溫度和負(fù)載需求要求其由鋼制成，這也就限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量可以被減少的程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的活塞克服了已知活塞結(jié)構(gòu)的上述缺點(diǎn)和其它缺點(diǎn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開內(nèi)容并且參閱附圖后將容易領(lǐng)會(huì)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的活塞由鋼制成，從而為活塞提供了增強(qiáng)的強(qiáng)度和耐久性以抵抗缸鏜內(nèi)增加的壓縮荷載，比如可見于現(xiàn)代高性能發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)中的那些。進(jìn)一步，由于活塞的新結(jié)構(gòu)，活塞的壓縮高度(CH)和重量能夠最小化，從而容許配置有這種活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)可制造得更緊湊更輕巧。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞總成。該活塞總成包括活塞頭，該活塞頭具有帶有頂部底面的上燃燒壁以及從上燃燒壁懸垂的環(huán)帶區(qū)域。該活塞頭具有包括上表面和下表面的基板?；逶谏先紵诘南路奖３珠g隔開且與環(huán)帶區(qū)域徑向?qū)R?；痉忾]的環(huán)形的冷卻通道通過頂部底面和基板界定，其中，該冷卻通道從環(huán)帶區(qū)域徑向向內(nèi)延伸。一對(duì)銷孔從冷卻通道的基板直接懸垂。該總成進(jìn)一步包括銷，銷具有擺動(dòng)地容置于銷孔內(nèi)的端部。在基板的下表面內(nèi)的銷軸承表面在銷孔內(nèi)和銷孔之間延伸。該總成進(jìn)一步包括連桿，連桿的端部固定至銷上且與其共同擺動(dòng)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，至少一個(gè)支撐部件在頂部底面和基板的上表面之間延伸。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，至少一個(gè)支持部件沿著活塞頭的中心縱軸延伸。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，至少一個(gè)支持部件包括從活塞頭的中心縱軸徑向向外延伸的多個(gè)支撐部件。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一開口延伸穿過基板，其中該開口沿著活塞頭的中心縱軸居于中心。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，活塞頭包括頂部和底部，其中，頂部具有從上燃燒表面懸垂的環(huán)形的第一上連接表面以及沿著活塞的中心縱軸從上燃燒表面懸垂的第二連接表面。底部具有從基板向上延伸的環(huán)形的下連接表面，其中，下連接表面在第一結(jié)合接縫處結(jié)合至第一上連接表面，基板的上表面在第二結(jié)合接縫處結(jié)合至第二連接表面。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，潤(rùn)滑油進(jìn)料口入口延伸入冷卻通道，潤(rùn)滑油進(jìn)料口出口與銷相切地延伸出冷卻通道。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，銷具有通孔，連桿具有與通孔對(duì)齊的油道以使油流經(jīng)連桿流經(jīng)活塞銷并且與銷軸承表面接觸。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，冷卻通道是完全封閉的。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，封閉的冷卻通道內(nèi)含有冷卻劑。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，封閉的冷卻通道內(nèi)的冷卻劑是高熱傳導(dǎo)率的含金屬的組合物。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞。該活塞包括活塞頭，該活塞頭具有帶有頂部底面的上部燃燒壁以及從上部燃燒壁懸垂的環(huán)帶區(qū)域。該活塞頭進(jìn)一步包括具有上表面和下表面的基板。基板在上燃燒壁的下方保持間隔開且與環(huán)帶區(qū)域徑向?qū)R。基本封閉的環(huán)形的冷卻通道通過頂部底面和基板界定。冷卻通道從環(huán)帶區(qū)域徑向向內(nèi)延伸。一對(duì)銷孔從冷卻通道的基板直接懸垂。在基板的下表面內(nèi)的銷軸承表面在銷孔內(nèi)且在銷孔之間延伸。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，活塞可進(jìn)一步包括在頂部底面和基板的上表面之間延伸的至少一個(gè)支撐。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，至少一個(gè)支撐部件可沿著活塞頭的中心縱軸延伸。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，至少一個(gè)支撐部件可提供為從活塞頭的中心縱軸徑向向內(nèi)延伸的多個(gè)支撐部件。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，活塞可進(jìn)一步包括延伸穿過基板的開口，其中，該開口沿著活塞頭的中心縱軸居于中心。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，活塞頭可包括頂部和底部，其中，頂部具有從上燃燒表面懸垂的環(huán)形的第一上連接表面以及沿著活塞的中心縱軸從上燃燒表面懸垂的第二連接表面。底部具有從基板向上延伸的環(huán)形的下連接表面。下連接表面在第一結(jié)合接縫處結(jié)合至第一上連接表面，基板的上表面在第二結(jié)合接縫處結(jié)合至第二連接表面。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，冷卻通道可為完全封閉的。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，封閉的冷卻通道可包含有冷卻劑。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種構(gòu)造用于內(nèi)燃機(jī)的活塞總成的方法。該方法包括形成活塞頭，活塞頭具有帶有頂部底面的上燃燒壁以及從上燃燒壁懸垂的環(huán)帶區(qū)域，并且具有在上燃燒壁的下方保持間隔開且與環(huán)帶區(qū)域徑向?qū)R的基板，基本上封閉的環(huán)形的冷卻通道通過頂部底面和基板界定。進(jìn)一步，形成從冷卻通道的基板直接延伸的一對(duì)銷孔，并且在基板的下表面內(nèi)形成銷軸承表面，該銷軸承表面在銷孔內(nèi)且在銷孔之間延伸。又進(jìn)一步，將用于擺動(dòng)的銷插入銷孔內(nèi)，并且將連桿的端直接固定至銷上以與其共同擺動(dòng)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括形成在頂部底面和基板的上表面之間延伸的至少一個(gè)支撐部件。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括沿著活塞頭的中心縱軸形成至少一個(gè)支撐部件。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括將至少一個(gè)支撐部件形成為從活塞頭的中心縱軸徑向向外延伸的多個(gè)支撐部件。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括形成延伸穿過基板的開口，其中，該開口沿著活塞頭的中心縱軸居于中心。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括形成具有頂部和底部的活塞頭并且將頂部結(jié)合至底部。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括形成與銷相切地延伸出冷卻通道的潤(rùn)滑油孔出口。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括在銷內(nèi)形成通孔并且在連桿內(nèi)形成油道并且將油道與通孔對(duì)齊以容許油流經(jīng)連桿并且流經(jīng)活塞銷與銷軸承表面接觸。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括將冷卻通道形成為完全封閉的冷卻通道。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括在完全封閉的冷卻通道內(nèi)提供冷卻劑。
【附圖說明】
[0035]參閱以下當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例和最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明、所附權(quán)利要求以及附圖，本發(fā)明的這些和其它方面、特征以及優(yōu)點(diǎn)將更易于領(lǐng)會(huì)，其中:
[0036]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)造的活塞和連桿的總成的部分剖視的立體示意圖；
[0037]圖2是圖1的總成的活塞的部分剖視的立體示意圖；
[0038]圖2A是類似于圖2的示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的活塞的一個(gè)實(shí)施例；
[0039]圖3是圖2的活塞的仰視圖；
[0040]圖4是圖1的總成的部分剖視的側(cè)面的立體示意圖；
[0041]圖5是圖1的總成的仰視立體示意圖；
[0042]圖6是連桿的小端的部分剖視的立體示意圖，該連桿示出為螺接至圖1的總成的活塞銷；
[0043]圖7是圖1的總成的連桿的小端的立體示意圖；
[0044]圖8是圖1的總成的活塞銷的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0045]圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面構(gòu)造的活塞的局部剖視的立體示意圖；
[0046]圖10是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面構(gòu)造的活塞的局部剖視的立體示意圖；
[0047]圖1OA是大致沿著圖10的活塞的銷孔軸的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0048]圖11是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面構(gòu)造的活塞的局部剖視的立體示意圖；
[0049]圖1lA是大致沿著圖11的活塞的銷孔軸的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0050]圖1lB是沿著相對(duì)于圖11的活塞的銷孔軸傾斜的橫截面的立體示意圖；
[0051]圖1lC是圖11的活塞的仰視圖；
[0052]圖1lD是類似于圖1lC的示意圖，示出了圖11的活塞的可替換實(shí)施例；
[0053]圖12是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面構(gòu)造的大致沿著活塞的銷孔軸的剖面示意圖；
[0054]圖12A是大致沿著圖12的活塞的頂部的銷孔軸的剖面示意圖；
[0055]圖12B是大致沿著圖12的活塞的底部的中心軸的剖面示意圖；
[0056]圖12C是