專利名稱：具有低摩擦力裙部的整體活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及內(nèi)燃機(jī)，尤其涉及整體活塞。 現(xiàn)有技術(shù)眾所周知，內(nèi)燃機(jī)特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常使用整體構(gòu)造而成的活塞，該活塞具有整塊材料形成的固定裙部。該裙部通常具有矩形構(gòu)型，該矩形構(gòu)型在兩個(gè)相對(duì)的銷座之間連續(xù)地向下延伸到基本筆直的底邊。雖然該裙部通常能在缸膛內(nèi)有效引導(dǎo)活塞，但其存在與生俱來(lái)的缺陷。首先，由材料構(gòu)造為連續(xù)矩形壁的裙部增加了活塞的總體重量。增加的重量將減少相關(guān)組件的使用壽命，因?yàn)榉值较嚓P(guān)組件上的慣性力將增加，同時(shí)將降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。進(jìn)一步地，裙部的增加面積將與缸套產(chǎn)生摩擦力，因此進(jìn)一步減少發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和燃油經(jīng)濟(jì)性。除了這些缺陷外，具有連續(xù)矩形裙壁的裙部將減小銷座的靈活性。因此，在活塞的沖程過(guò)程中，銷座不能隨著活塞銷活動(dòng)，從而，增加了活塞銷接頭與銷孔產(chǎn)生的摩擦力。又進(jìn)一步地，裙部的制造被證明是很困難的，因?yàn)檫^(guò)去常用的裙部構(gòu)造工藝必須提供整個(gè)裙部區(qū)域的壁輪廓和厚度的精確構(gòu)造。人們已經(jīng)做出了一些嘗試以減小裙部的面積和重量，包括構(gòu)造具有從下表面向上延伸到銷孔軸的凹槽的裙部，但是，這些努力未能實(shí)現(xiàn)最大化地減小裙部的面積和重量，并且前面提到的裙壁與缸膛之間，以及活塞銷接頭和銷孔區(qū)域的摩擦力問(wèn)題依然大部分存在。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的整體活塞克服了或者至少大大減少了上面討論的問(wèn)題所引起的缺陷，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在提高的性能等級(jí)下，除了延長(zhǎng)其使用壽命外，同時(shí)還減小其燃料消耗量、油耗量及廢氣排放。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一方面構(gòu)造的用于內(nèi)燃機(jī)的活塞具有上冠部且一對(duì)從該上冠部下垂的銷座，該銷座具有沿中心銷孔軸軸向?qū)R的銷孔。一對(duì)橫向間隔開的裙部與銷座固定連接并下垂到最低自由邊。至少一個(gè)裙部具有從最低自由邊越過(guò)銷孔中心軸向上延伸的凹槽。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，從最低自由邊向上延伸的凹槽與銷孔的最高部分基本相切。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該凹槽大致呈U型。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在活塞推力側(cè)的裙部具有凹槽，而在活塞止推側(cè)的裙部不具有凹槽。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，兩個(gè)裙部均具有凹槽。按照預(yù)期，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的活塞將在活塞的完整周期中顯示出改善的油流，減小活塞周期的動(dòng)態(tài)粘性摩擦力，改善貫穿整個(gè)周期的活塞導(dǎo)向，減少缸套氣穴現(xiàn)象，減小活塞的粘性摩擦力損失，減少活塞環(huán)形槽內(nèi)和槽內(nèi)活塞環(huán)上的積碳，增強(qiáng)銷座的靈活性，減小活塞銷接頭與銷孔的摩擦力，改善活塞環(huán)的運(yùn)動(dòng)，減少油耗量及頂部積碳的形成，從而減少主要由積碳引起的孔拋光，減少?gòu)U氣排放，以及總體提高發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能和壽命。這些有益效果的總和將減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗，促使同樣多的燃料能運(yùn)行更長(zhǎng)的距離。


結(jié)合下文詳細(xì)描述的優(yōu)選實(shí)施方案、最佳實(shí)施例、附加權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明在所述的或者其它方面的特性和優(yōu)點(diǎn)將更加容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的活塞的部分橫截面視圖；圖2基本是沿圖1的2-2線的橫截面視圖；圖3基本是沿圖的3-3線的橫截面視圖；圖4是圖1的活塞的仰視圖；及圖5是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的活塞的類似于圖4的視圖。
具體實(shí)施例方式詳細(xì)的參閱附圖，圖1-4示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的用于在內(nèi)燃機(jī)缸膛(未示出)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞10，例如，該內(nèi)燃機(jī)可以是重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)?；钊?0具有通過(guò)澆鑄、鍛造或者其它工藝構(gòu)造的本體12，該本體12沿中心縱軸14延伸，活塞10沿該中心縱軸14在缸膛內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本體12在此作為示例而不僅限于具有與下冠部18相連的上冠部16。下冠部18具有一對(duì)從上冠部16下垂的銷座20以提供橫向間隔開、沿銷孔軸 24對(duì)齊的銷孔22，該銷孔軸M大致垂直于中心縱軸14延伸，銷座20通過(guò)支撐件28連接到橫向間隔開的裙部26。裙部沈穿過(guò)銷孔軸M彼此徑向相對(duì)間隔開，并且具有凸起的外表面30以配合缸膛，當(dāng)活塞10在缸膛中往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)將活塞10保持在期望的方向。在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，裙部26的外表面30與缸膛壁之間產(chǎn)生并維持流體動(dòng)力油膜，以減小它們之間的動(dòng)態(tài)摩擦力。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及最大化發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，至少一個(gè)裙部(在圖5中示出為裙部沈中的一個(gè)裙部，優(yōu)選為位于活塞10推力側(cè)的裙部)以及作為示例而非限制的圖1-4中示出的兩個(gè)裙部沈具有大致呈U型的凹槽32，凹槽32從裙部的最低邊34向上延伸，在裙部外表面30的中心形成凹槽32。凹槽32減小了活塞10的總體重量，減小了與缸壁產(chǎn)生的潛在摩擦力，減小了使用中產(chǎn)生的慣性力，并且改善了活塞10的工藝性。這里示出的活塞10的上冠部16具有上表面36，一燃燒碗38凹入該上表面36以給缸膛提供所需氣流。一外壁或環(huán)帶40從上表面36向下延伸，至少一個(gè)環(huán)形環(huán)槽42形成于環(huán)帶40中以浮動(dòng)地容納活塞環(huán)(未示出)。這里示出的下冠部18通過(guò)例如鍛造工藝與上冠部16分開形成，然后連接下冠部 18與上冠部16，其中，上下冠部16、18可以通過(guò)例如焊縫44連接在一起。應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的活塞10可以具有通過(guò)例如鑄造工藝的其它工藝形成的上下冠部，并且可以使用焊縫以外的機(jī)制來(lái)連接該上下冠部。
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最佳的如圖1所示，為了最大化地減小重量和摩擦力，在此作為示例而非限制，凹槽32如圖所示從最低邊34越過(guò)中心銷孔軸M向上延伸。凹槽32向上延伸到弧形上表面 46，弧形上表面46如圖所示基本與銷孔22的最高表面相切。這樣，凹槽32的高度大致被中心銷孔軸M平分，在中心銷孔軸M的下方形成圓錐形部分48，在中心銷孔軸M的上方形成大致的U型部件50。因此，凹槽32最寬的部分鄰近最低邊34，凹槽32最窄的部分鄰近上表面46。按照預(yù)期，凹槽32可以是所示出的形狀以外的其它形狀，例如凹槽32的兩邊大致互相平行且通過(guò)半徑(radius)或脊(filet)與上表面46混合。進(jìn)一步地，可以依照特定應(yīng)用的要求調(diào)整凹槽32的高度，從而可以延伸到中心銷孔軸M以上或以下。由于凹槽32朝著最低邊34敞開，裙部?jī)?nèi)具有周向封閉的裂縫，從而大大簡(jiǎn)化了裙部沈的構(gòu)造工藝。由于凹槽32是敞開的，例如鉆孔和/或銑削的二次操作就不是必要的， 所以可以減少或者取消二次操作。進(jìn)一步地，由于凹槽32占據(jù)了裙部沈的中心區(qū)域，需要通過(guò)例如鍛造來(lái)加工的材料大大減少。又進(jìn)一步地，與不提供凹槽32相比，該擴(kuò)大的凹槽 32給銷座20提供了增強(qiáng)的靈活性，因?yàn)槿共可蚩梢愿幼杂呻S著銷座20活動(dòng)。這樣將允許銷孔22與連桿(未示出)小的一端之間的活塞銷接頭在活塞10的整個(gè)沖程過(guò)程中根據(jù)需要活動(dòng)，從而使活塞銷接頭處的摩擦力最小化，使活塞銷與銷座20之間變形的風(fēng)險(xiǎn)最小化。又進(jìn)一步地，凹槽32減小了裙部外表面30與缸膛表面的接觸面積，從而減小裙部沈與缸膛表面之間產(chǎn)生的摩擦力。顯然，鑒于上述教導(dǎo)，本發(fā)明可以有多種修改和變形。因此，應(yīng)該理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明還可以除上文描述的具體實(shí)施方案以外的其它方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種整體活塞，其特征在于，包括具有上冠部的活塞本體；一對(duì)從所述上冠部下垂的銷座，所述銷座具有沿銷孔軸彼此對(duì)齊的銷孔；以及一對(duì)橫向間隔開的裙部，該裙部固定連接到所述銷座，所述裙部從所述上冠部下垂到最低自由邊，至少一個(gè)所述裙部具有從所述最低自由邊越過(guò)所述銷孔軸向上延伸的凹槽。
2.如權(quán)利要求1所述的整體活塞，其特征在于，所述凹槽從所述最低自由邊向上延伸至與銷孔的最高部分基本相切。
3.如權(quán)利要求2所述的整體活塞，其特征在于，兩個(gè)所述裙部均具有所述凹槽。
4.如權(quán)利要求2所述的整體活塞，其特征在于，該凹槽大致呈U型。
5.如權(quán)利要求1所述的整體活塞，其特征在于，所述活塞本體僅具有一個(gè)所述凹槽。
6.如權(quán)利要求5所述的整體活塞，其特征在于，所述活塞本體具有推力側(cè)和止推側(cè)，在所述推力側(cè)的所述裙部具有所述凹槽，而在所述止推側(cè)的所述裙部不具有所述凹槽。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞具有上冠部，一對(duì)銷座從該上冠部下垂，其中，該銷座具有沿中心銷孔軸軸向?qū)R的銷孔。一對(duì)橫向間隔開的裙部固定連接到該銷座并下垂到最低自由邊。至少一個(gè)裙部具有從最低自由邊越過(guò)銷孔中心軸向上延伸的凹槽。
文檔編號(hào)F16J1/00GK102575766SQ201080044067
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者諾伯特·施奈特 申請(qǐng)人:費(fèi)德羅-莫格爾公司