發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體而言，涉及在發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔內(nèi)操作的活塞。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)典型地包括通過連桿互連至曲軸的一個(gè)或多個(gè)活塞。這些活塞典型地布置成在形成于曲軸箱中的缸孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。典型的活塞包括:頭部，該頭部至少部分地限定位于各個(gè)缸孔內(nèi)的燃燒室；和裙部，該裙部典型地包括用于連接至發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的銷開口和其它支承結(jié)構(gòu)。通常，活塞形成為具有大體杯狀形狀，其中活塞頭形成基部，而裙部連接至該基部并且包圍活塞的封閉油道。在典型的應(yīng)用中，在操作過程中將來自發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑油供應(yīng)到活塞的油道內(nèi)，以對(duì)流地冷卻和潤(rùn)滑活塞的各個(gè)部分。
[0003]典型的活塞頭還包括筒形外壁，該筒形外壁具有形成在其中的一個(gè)或多個(gè)周向連續(xù)凹槽。這些凹槽典型地彼此平行地延伸并且尺寸大小被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置成在其中容納密封環(huán)。這些密封環(huán)在各個(gè)活塞與各個(gè)活塞在其中操作的曲軸箱缸孔之間產(chǎn)生滑動(dòng)密封。典型地，最接近活塞裙部定位的凹槽容納刮油環(huán)，該刮油環(huán)被布置成在活塞的下行沖程過程中將附著在活塞缸孔壁上的油刮除。活塞下行沖程之后可能留下的潤(rùn)濕缸孔壁的油可能進(jìn)入燃燒室并且在發(fā)動(dòng)機(jī)操作過程中燃燒。
[0004]通常，活塞通過在發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體中形成的缸孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)來操作，這產(chǎn)生了能夠壓縮在其中提供的燃料/空氣混合物的可變?nèi)莘e。燃燒的燃料/空氣混合物膨脹并且推動(dòng)活塞，以增加可變?nèi)莘e，因而產(chǎn)生動(dòng)力。燃料可以直接或間接地提供到該可變?nèi)莘e內(nèi)，而空氣和排氣通過將該可變?nèi)莘e與進(jìn)氣和排氣收集器選擇性地流體連接的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣閥和排氣閥提供給該可變?nèi)莘e或從該可變?nèi)莘e去除。
[0005]用來構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壁、活塞、與可變?nèi)莘e相關(guān)的各種閥以及其他周圍的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的材料被選擇成能夠承受發(fā)動(dòng)機(jī)操作過程中存在的高溫和高壓。活塞的各種特征結(jié)構(gòu)也被設(shè)置形狀為促進(jìn)燃料在活塞內(nèi)的有效燃燒、與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸相關(guān)的各種發(fā)動(dòng)機(jī)部件的可靠性、以及其它考慮。然而，總是期望增加這些和其它發(fā)動(dòng)機(jī)部件的可靠性和使用壽命，并且在減少燃料消耗和排放以及增加動(dòng)力和效率方面促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)方面中，本發(fā)明描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞。該活塞包括形成冠部和裙部的活塞本體。所述裙部包括銷孔，該銷孔被布置成接納用于將所述活塞連接至連桿的銷。所述裙部進(jìn)一步形成沿著所述裙部的外邊緣的兩個(gè)引導(dǎo)表面。所述冠部形成包圍所述冠狀部的大致的筒形表面、該大致的筒形表面中形成有彼此平行地延伸的至少兩個(gè)凹槽。所述至少兩個(gè)凹槽限定沿著所述大致的筒形表面的頂部凸臺(tái)表面(land surface)、底部凸臺(tái)表面和至少一個(gè)中間凸臺(tái)表面。
[0007]在一個(gè)公開的實(shí)施例中，所述頂部凸臺(tái)表面具有在沿著所述活塞的中心線的方向上的高度，其中所述活塞具有被配置成允許所述活塞在具有標(biāo)稱內(nèi)直徑的缸孔內(nèi)操作的標(biāo)稱外直徑。所述頂部凸臺(tái)表面的高度和所述缸孔的標(biāo)稱內(nèi)直徑之間的比率在3%到4.5%之間。另外，各個(gè)引導(dǎo)表面在沿著所述活塞的中心線的方向上在所述裙部的外部上延伸一段高度，并且所述銷孔具有沿著所述活塞的中心線的方向完全在所述兩個(gè)引導(dǎo)表面的相應(yīng)高度內(nèi)延伸的直徑，使得所述裙部通過抵消通過所述活塞缸孔施加并存在于所述活塞中的力和力矩而在活塞缸孔內(nèi)在操作過程中完全支承該活塞。
【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的活塞的局部視圖。
[0009]圖2是圖1的活塞的底部視角的輪廓圖。
[0010]圖3、4和5是圖1的活塞的各個(gè)部分的局部放大視圖。
[0011]圖6是根據(jù)本發(fā)明的活塞的替代實(shí)施例的局部視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明涉及用于在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的活塞。在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了用于具有能夠建立流場(chǎng)和湍流以促進(jìn)燃料在氣缸內(nèi)的燃燒的特征結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的各種實(shí)施例。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)操作的類型，例如，火花點(diǎn)燃或壓燃，活塞的這些特征結(jié)構(gòu)能夠操作以在活塞內(nèi)容納、混合和/或引導(dǎo)各種含有質(zhì)量(物質(zhì))的燃料，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)效率，降低熱排放，縮短燃燒時(shí)間，并且還控制部件溫度，因而增加部件可靠性和使用壽命。如這里討論的，物質(zhì)在氣缸內(nèi)的混合或引導(dǎo)可以至少瞬間地發(fā)生，并且可以持續(xù)不超過千分之幾秒，同時(shí)或在該時(shí)段的一些部分上在該氣缸內(nèi)存在燃料注入和/或燃燒火焰。
[0013]為了說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的特定特征，在圖1中從側(cè)面視角示出了用于發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞100的局部視圖，并且在圖2中示出了從底部視角的該活塞的輪廓視圖。活塞100包括冠部102和裙部104。裙部104形成用來容納將活塞樞轉(zhuǎn)地連接至連桿(未示出)的銷(未示出)的銷孔106，連桿以公知方式連接至發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(未示出)。裙部104還包括布置在活塞100的在直徑方向上相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)引導(dǎo)表面105。在一替代實(shí)施例中，這些引導(dǎo)表面可以集成為基本圍繞活塞延伸的單個(gè)引導(dǎo)表面。在示出的實(shí)施例中，所述兩個(gè)引導(dǎo)表面105至少沿著活塞的包括活塞橫截面103的橫截面延伸，該活塞橫截面103在圖1中示出并且如圖2所示垂直于銷孔106的中心線C/L。在活塞的任一側(cè)，所述兩個(gè)引導(dǎo)表面105都可以在活塞外周的兩個(gè)角部分上延伸，在圖2中，各個(gè)角部分由α表示，并且延伸大約70度到90度。在示出的實(shí)施例中，對(duì)于圍繞活塞100總共約154度的覆蓋，每個(gè)角α約為77度。
[0014]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，兩個(gè)引導(dǎo)表面105中的各個(gè)引導(dǎo)表面在沿著活塞100的中心線C的方向上在裙部104的外部部分上延伸一段高度H。在示出的實(shí)施例中，銷孔106的沿著活塞100的中心線C的直徑D至少部分地與引導(dǎo)表面的高度H重疊，使得在操作過程中裙部104通過抵消位于借助于銷布置在銷孔106中的連桿和其中布置有活塞的活塞缸孔之間的活塞中存在的力和力矩而部分地支承活塞100。在示出的實(shí)施例中，為了給活塞提供完全支承，即完全覆蓋銷孔106，該活塞包括第二引導(dǎo)表面(次要引導(dǎo)表面)108，該第二引導(dǎo)表面108被形成為位于形成在冠部102的外周的筒形外壁112中的活塞環(huán)凹槽110之間的第二凸臺(tái)。
[0015]更具體地說，冠部102包括在筒形外壁112中的活塞環(huán)凹槽110?；钊h(huán)凹槽110容納環(huán)狀密封件(未示出)，這些環(huán)狀密封件可滑動(dòng)地且一般可密封地接合發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的壁，活塞100往復(fù)運(yùn)動(dòng)地布置在該氣缸內(nèi)。兩個(gè)引導(dǎo)表面105和第二引導(dǎo)表面108的外直徑被布置成使得防止活塞在操作過程中在其中往復(fù)運(yùn)動(dòng)地布置該活塞的缸孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)或粘連住。此外，兩個(gè)引導(dǎo)表面105和第二引導(dǎo)表面108共同覆蓋沿著活塞的中心線C的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度沿著同一方向完全包括銷孔106，從而提供了完全覆蓋。
[0016]關(guān)于活塞100的其他功能特征，參照如圖1中所示的活塞100的取向，冠部102形成了具有大體凹入形狀的碗狀結(jié)構(gòu)114。碗狀結(jié)構(gòu)114被邊緣116包圍。邊緣116相對(duì)于中心線C居中地布置，并且具有大體圓形形狀。圍繞碗狀結(jié)構(gòu)144的邊緣116布置環(huán)狀形狀的、平坦的冠表面118。圖3中示出了碗狀結(jié)構(gòu)114的詳細(xì)放大視圖。如能夠在圖3中看到的，碗狀結(jié)構(gòu)114形成了與邊緣116相鄰的截錐形的壁表面117。該截錐形的壁表面117包圍碗狀結(jié)構(gòu)114，并且相對(duì)于冠表面118以大約80度的角β形成。
[0017]圍繞碗狀結(jié)構(gòu)的中心的是相對(duì)于活塞100居中地布置的凸表面120。凸表面120具有約155mm的半徑R1，但是也可以選擇其它半徑。從功能角度來看，凸表面120的半徑確定了碗狀結(jié)構(gòu)114的總體容積，總體容積進(jìn)而確定了活塞在缸孔內(nèi)位于上止點(diǎn)位置時(shí)燃燒室的容積以及發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。