CN101297138A - 活塞 - Google Patents

Abstract

活塞(100)的多个实施例可具有改进活塞导向的形状。在如此的实施例中，活塞形状可包括构造成提供一定的推力载荷特性的轴向外形。

Description

活塞

有关联邦资助研究和开发的声明

美国政府给予本发明付清的许可和有限情况下的权利以要求专利人在合理的 条款下许可他人，如同由能源部授予的DE-FC-02-01CH11080的条款所提供的那 样。

相关申请的参照

本申请要求对2005年11月3日提交的美国专利申请No.11/265,870和2005年11月3日提交的美国专利申请No.11/265,948的优先权，两者均题为“活塞”。

技术领域

本发明涉及用于发动机之类的活塞。

背景技术

各种类型的发动机可在气缸孔内使用活塞。当活塞外圆周表面的一部分被气缸壁导向时，每个活塞可在其相关的气缸孔内作往复运动。活塞可包括活塞裙，当活塞在气缸孔内往复运动时，活塞裙的形状适于抵靠在气缸壁上(其间有一流体动力的润滑层来提供润滑)。一般来说，活塞裙内的活塞下部基本上是中空的，而靠近活塞面的活塞上部是实心的。因此，活塞会具有不均匀的热膨胀和不均匀的刚度。

活塞在气缸孔内的热膨胀、挠曲和摇动所造成的应力集中可导致活塞在反复的往复运动之后“磨亮”或磨损气缸壁的表面。还有，活塞材料的热膨胀会增加活塞和气缸孔之间的接触力，导致高的摩擦，从而可造成效率损失和活塞在气缸孔内可能的咬缸。如果活塞外半径过小，则外圆周表面不能足够地抵靠住气缸壁-造成活塞在活塞销轴线上过度地摇晃或在气缸孔内振动。

发明内容

本发明的某些实施例包括一种活塞，活塞的形状可改进活塞的导向。在如此的实施例中，活塞形状可包括一轴向外形，该轴向外形考虑到活塞从下部到上部的刚度变化。

在某些实施例中，活塞可包括头部、裙部、以及位于推力平面内的轴向外形。当活塞基本上在运行温度下时，轴向外形可包括下裙部外形和邻近于下裙部外形的中间裙部外形。中间裙部外形的至少一部分可具有推力平面内的凹陷曲率。轴向外形还可包括邻近于中间裙部外形的上裙部外形。

在多个实施例中，装置可包括内燃机，该内燃机具有至少一个形成气缸孔的壁。该装置还可包括设置在气缸孔内可往复运动的活塞。该活塞可包括头部和裙部。活塞可具有基本圆周的外表面，而外表面的至少一部分可抵靠在推力平面内的壁上。外表面可包括下裙部、中间裙部和上裙部。当活塞基本上在运行温度下时，中间裙部可包括推力平面内的凹陷曲率。

在某些实施例中，内燃机可包括至少部分地形成气缸孔的气缸孔壁。发动机还可包括活塞，活塞在气缸孔内响应于燃烧事件运动，该燃烧事件提供杆力分量和推力分量。推力分量可推活塞抵靠气缸孔壁的主推力侧面。活塞可包括头部和裙部。裙部可具有基本上圆周形的裙壁，裙壁可操作以抵靠推力平面内的气缸孔壁。裙壁可包括沿推力平面的主推力侧面的上裙点，该上裙点与沿推力平面的主推力侧面的下裙点间隔开。靠近下裙点的裙壁部分的径向柔度基本上可大于靠近上裙点的裙壁部分的径向柔度。还有，当活塞被推向气缸孔壁的主推力侧面上时，上裙点和下裙点可基本上承载相等的侧向载荷。

上述的和其它的实施例可构造成提供一个或多个如下的优点。首先，活塞形状可在气缸孔内提供更好的导向。第二，在某些实施例中，活塞可构造成提供沿外圆周表面的主推力侧面更均匀的载荷分布，这可减少发生“磨亮”或磨损气缸壁。第三，活塞形状可减小活塞顶面的摇晃角，这可使活塞顶和气缸壁之间的间隙更小。减小如此的间隙可提高发动机性能和效率。

本发明的某些实施例包括一种活塞，活塞的形状可改进活塞的导向。在如此的实施例中，活塞形状可包括这样的轴向外形，该轴向外形构造成将推力反力集中在活塞裙上，使活塞裙的力矩心定位在活塞枢转轴线的轴向高度上或稍低于活塞枢转轴线的轴向高度上。如此的结构能够减小通常导致活塞摇晃运动的推力矩。还有，如此的结构可减小造成沿气缸壁磨损的活塞可能的较刚部分，由此，使得顶部和气缸壁之间的间隙更加小。

在某些实施例中，内燃机可包括至少一个形成气缸孔的壁、以及活塞，该活塞设置在气缸孔内并连接到活塞杆上以围绕枢转轴线枢转。活塞可包括基本上圆周形的外表面，该外表面具有头部和位于头部下方的裙部。当活塞基本上在运行温度下并承受推力时，外表面的至少一部分可抵靠在推力平面内的壁上。推力平面内由裙部承载的推力部分可由裙力矩心定义，裙力矩心可定位在枢转轴线的轴向高度上或低于枢转轴线的轴向高度上。

多个活塞实施例包括用于发动机内的活塞，发动机具有气缸孔壁，这样，当活塞基本上在运行温度下并承受推力时，活塞围绕一枢转轴线枢转而抵靠推力平面内的气缸孔壁。活塞可包括基本上圆周形的外表面，该外表面具有头部和位于头部下方的裙部。当活塞基本上在运行温度下使外表面在推力平面内在枢转轴线上方有径向偏移时，头部可在推力平面内具有至少一些的半径，这些半径大于裙部的至少某些半径。活塞的外表面可承载推力平面内至少一部分的推力。推力平面内由裙部承载的推力部分可由裙力矩心定义，裙力矩心可定位在枢转轴线的轴向高度上或低于枢转轴线的轴向高度上。由头部承载的推力部分可由头力矩心定义，头力矩心的数值基本上可小于裙力矩心的数值。

上述的和其它的实施例可构造成提供一个或多个如下的优点。首先，活塞形状可在气缸孔内提供更好的导向。第二，作用在活塞裙上的推力反力的矩心可位于枢转轴线的轴向高度上或稍低于该高度，而作用在活塞头上的推力反力相对较小。这样，可减小通常会造成活塞摇晃运动的推力矩。第三，与作用在活塞头上的推力反力相关的磨损可以是很小，或不足以造成显著的磨损。这样，活塞可构造成在顶部槽脊和气缸壁之间有相当小的间隙，这可减少不理想的排放。此外，在某些情形中，顶部槽脊和气缸壁之间的较紧的间隙以及作用在活塞头上的推力反力的较小数值可显著地减小顶部槽脊、活塞环以及气缸壁上的磨损。

本发明一个或多个实施例的细节将在下面的附图和描述中予以阐述。从以下描述和附图以及权利要求书中，将会明白本发明其它的特征、目的和优点。

附图说明

图1A是根据本发明某些实施例的活塞和发动机一部分的侧视图。

图1B是图1A活塞的侧视图。

图2是根据本发明某些实施例的活塞的截面图。

图3是一示意图，示出根据本发明一实施例的活塞裙的轴向外形的实例。

图4是根据本发明另一些实施例的活塞横截面的示意图。

图5是一示意图，示出根据本发明一实施例的活塞的极坐标外形的实例。

图6是根据本发明某些实施例的活塞的截面图。

图7是一示意图，示出根据本发明一实施例的活塞头和活塞裙的轴向外形的实例。

在各附图中相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

参照图1A-B，活塞100能够在发动机200的气缸孔205内往复运动(发动机200的一部分已经从图1A中移去以便更好地观看活塞100)。液体动力学的油层或其它润滑剂可涂敷在气缸壁210的部分上以减小活塞100和气缸壁210之间的摩擦。活塞100可使用销104来可枢转地与活塞杆102接合。在此情形中，活塞100可围绕枢轴或销轴线105相对于杆102枢转。当活塞100在气缸孔205内往复运动时，销连接允许活塞100将力传递到活塞杆102或从杆中接受力。在某些实施例中，活塞100整体地或部分地由铝或含铝合金、碳(例如，碳纤维和碳/碳)、铁、钢或其它合适材料构造，并可包括上述或其它材料的组合。

参照图1A，气缸孔205可形成燃烧室的至少一部分，其中，燃烧事件250将力作用于活塞100并造成膨胀冲程。燃烧压力可沿基本上平行于气缸孔205轴线的方向传递到活塞100，因为活塞顶表面112的至少一部分(图1B)可基本上垂直于气缸孔205轴线。从燃烧事件250得到的一部分力作为杆力分量252传递到杆102上(沿杆102的纵向方向)。还有，因为杆102可能与燃烧产生的力方向没对齐，所以，从燃烧事件250得到的一部分力可作为推力分量254进行传递。

推力254可推活塞100的主推力表面130抵靠气缸壁210的主推力侧面230。推力分量254可位于正交于销轴线105的推力平面内，所述销轴线可通过活塞100的主推力表面130沿着推力轴线117延伸(也如图4所示)。推力254可产生围绕销轴线105的力矩，造成活塞100围绕销轴线105枢转，这样，活塞轴线115与气缸孔轴线倾斜成一摇动角。

为了在往复运动中提供导向，并限制活塞100的摇动角(过度的摇动会造成应力集中，其会“磨亮”或磨损气缸壁210)，活塞100可包括抵靠气缸壁210的裙部120-其间最好有液体动力学的润滑剂层。该裙部120可导向活塞100来限制活塞100的摇动。此外，当推力254推压活塞100抵靠主推力侧面230时，所述裙部120可以弯曲(下面将详细地描述)。

应该理解到，在压缩冲程期间(图1A中未示出)，活塞100可在销连接处反作用于来自杆102的力。在某些情形下，在预料的相继的燃烧事件中，杆102可强迫活塞100压缩燃烧室。来自杆102的力的反作用分量可呈推力的形式，其推压活塞100的副推力表面140抵靠在副推力侧面240。再者，在如此的情形中，活塞裙120可导向活塞100来限制活塞100的摇动。

参照图1B，活塞100包括活塞头部110和活塞裙部120。活塞头110可包括面向图1A所示燃烧室的活塞顶112。活塞头110可包括一个或多个环槽，例如，一个或多个安装压紧环的槽113(显示出两个)以及一个或多个安装油环的槽114(显示出一个)。一般来说，活塞裙120邻近于活塞头110并起始于与活塞顶表面112相对的最下环糟(例如，在此实施例中，环槽114)的底壁处或附近，并在其下方延伸。活塞裙120包括靠近活塞100底部122的基本中空的部分121。活塞裙120还可包括与销轴线105对齐以便接纳销104的销孔124。销104与销孔124连接并设置在裙部120的中空部分121内。

活塞头110通常比活塞裙120更刚，在某些实施例中，活塞头110可以是实心结构。这样，当推力254推压活塞100抵靠气缸壁210的主侧面230时，活塞裙120基本上可比活塞头110更加柔性。然而，活塞裙120的刚度从底部122到活塞头110不必是恒定不变的。例如，在图1B所示的实施例中，包围中空部分121的圆周壁126通常从底部122朝向活塞头110增加厚度。在如此的情形中，活塞裙120可在靠近活塞100的活塞头部分110处刚度更大(此处壁厚较大)。

仍参照图1B，活塞100的轴向外形(在推力平面内)示意地使用轴向外形线150显示为在运行温度下。因为运行中围绕活塞100不同部位处发生的温度差异，所以，活塞100沿其轴线的热膨胀量可能不均匀。因此，室温(大部分或所有活塞100是处于77°F)下的活塞100的轴向外形可以不同于运行温度下。运行温度是活塞100周围的温度分布，其在发动机200稳态运行时获得并保持一段时间。运行温度可根据发动机结构变化，但一般地，运行温度基本上大于室温。例如，在运行温度时，活塞温度可以是在150°F至1000°F范围内，在某些情形中，可在200°F至700°F范围内。

轴向外形线150显示了沿活塞轴线115方向朝向活塞100外圆周形表面的变化。图1B所示的轴向外形线150代表了推力平面的横截面内的活塞100外半径相对于轴向高度的变化。如上所述，推力平面基本上正交于销轴线105，并可通过活塞100的主推力表面130沿推力轴线117延伸(也显示在图4中)。轴向外形线150以夸大的形式显示仅是为了说明的目的。应该理解到，相对于活塞100总尺寸，活塞100外半径的变化应很小，这样，当从一定距离观看时，活塞100可显现基本上圆柱形的形状。在此实施例中，沿主推力表面130的轴向外形线150的形状类似于沿副推力表面140的轴向外形线150的形状。

轴向外形线150可包括与裙部120相一致的裙外形线1 2和与活塞头部110相一致的头外形线151。在此实施例中，头外形线151显示出靠近活塞100的顶表面112处活塞的外半径逐渐地减小(图1B中所示的头外形线151在槽113和114处不显示活塞的准确轮廓)。这样，活塞头110的形状可提供活塞100顶边缘和气缸壁210之间一定的间隙空间。当活塞100定向在其最大摇动角时，可要求该间隙空间减小磨损气缸壁210的可能性。然而，如果活塞100顶边缘和气缸壁210之间的间隙空间减小，则可提高燃烧压力传递到活塞100的效率。在此实施例中，活塞100可设计成具有活塞100顶边缘和气缸壁210之间减小的间隙空间。如下文中详细地所述，当推力254推压活塞100抵靠气缸壁210时，活塞裙部120可构造成抵靠气缸壁210并承载大部分的推力载荷。当活塞裙部120抵靠气缸壁210并对活塞100提供足够的导向时，可减小活塞100围绕销轴线105的摇动趋势，这又允许设计在活塞100顶边缘处具有减小的间隙空间。

或者，活塞头110的头外形线151可具有恒定的外半径，其小于裙部120的半径。在此实施例中，活塞100顶边缘和气缸壁210之间的一定间隙空间将会存在。再者，当推力254推压活塞100抵靠气缸壁210时，通过致使活塞裙120抵靠在气缸壁210并承载大部分的推力载荷，可以减小该间隙空间，这将在下文中详细描述。

仍参照图1B，活塞轴向外形的至少一部分可以变化以考虑到活塞100刚度的减小。如上所述，活塞裙120刚度可小于活塞头110刚度。在此实施例中，主推力表面130和副推力表面140的形状可以考虑到刚性的变化，例如，借助于依赖于活塞壁厚的推力平面内的外半径、壁柔度以及其它因素来变化。

活塞100的裙外形线152包括下裙外形线154和中间裙外形线156，而某些实施例还可包括上裙外形线158。在如此实施例中，下裙外形线154的至少一部分可具有包括最大半径点155的凸出的曲率。在该实施例中，最大半径点155代表活塞圆周形表面最大外直径的部位。最大半径点155可沿着下裙外形线154发生在底部122上方的轴向高度处，那里圆周形壁126刚度最小。(在某些实施例中，最大半径点155可沿着下裙外形线154发生在底部122处或其附近。)下裙外形线154的最下部分(例如，靠近底部122)，同时也许是刚度最小部分，可包括向内凸出的曲率以避免刨削气缸壁120。下裙外形线154的凸出曲率也有助于将活塞安装到气缸孔内，因为它帮助活塞对中在气缸孔中。应该理解到，在其它实施例中，下裙外形线154可包括其它曲率或形状。例如，下裙外形线154的最下部可包括基本上直线的外形，其代表从最大半径点155处或其附近部位到活塞底部122处或其附近部位的活塞半径的线性递减。在其它的情形中，下裙外形线154的最下部分可不包括从最大半径点155处或其附近部位到活塞底部122处或其附近部位的活塞半径的递减。

在此实施例中，中间裙外形线156包括第一拐点157，在该拐点处，下裙外形线154连接到中间裙外形线156。中间裙外形线156的至少一部分包括凹陷的曲率，但应该理解到，中间裙外形线156的其它部分可包括其它的曲率或斜率。该凹陷的曲率可考虑到活塞裙120中间部分内刚度的基本变化，例如，该变化可由圆周形壁126厚度的基本变化引起。

在此实施例中，中间裙外形线156还包括第二拐点159，在该拐点处，上裙外形线158连接到中间裙外形线156。上裙外形线158的至少一部分可包括与活塞头外形线151相遇的凸出的曲率。然而，外形线158也可以是其它的形状。例如，上裙外形线158从第二拐点159处或附近部位到活塞头110起始处或附近部位可具有基本上恒定的斜率。在图1B的实施例中，推力平面内没有活塞头外形线151的半径大于推力平面内的上裙外形线158的半径。在其它的实施例中，推力平面内活塞头外形线151的某些半径大于推力平面内的上裙外形线158的半径。还有在图1B的实施例中，推力平面内没有上裙外形线158的半径大于推力平面内的中问裙外形线156的半径。

现参照图2，活塞100的轴向外形线150可用图表示，其显示相对于离活塞底部122的轴向高度在推力平面内的半径。图2中的图示出运行温度处或其附近以及室温处或其附近的活塞100的轴向外形。如上所述，活塞100的轴向外形可以不同，视活塞100是在运行温度处或其附近还是在室温处或其附近而定。例如，当活塞处于室温或其附近时，中间裙外形线156可以基本呈凸出形或直线形(例如，参照图2中绘图的点线)，但由于圆周形壁的热膨胀，中间裙外形线156可以调整而在其接近运行温度时包括凹陷的曲率(例如，参照图2中绘图的实线)。在其它的实施例中，当活塞100处于热膨胀状态中时或当活塞100处于冷却状态时，中间裙外形线156都可包括凹陷的曲率。

图2还示出活塞100的推力平面的横截面，其包括包围中空部分的121的圆周壁126。圆周壁126沿活塞轴线115的方向在厚度上有变化，这可影响某些轴向高度上的活塞裙120的刚度。在某一实例中，下裙部分可包括某一点，在此点上，壁厚125近似为0.19英寸，而中间裙部分可包括某一点，在此点上，壁厚127近似为0.34英寸，且上裙部分可包括某一点，在此点上，壁厚129近似为0.61英寸。因为较大的壁厚可增加圆周壁126的径向刚度，所以，上裙点可具有基本上比下裙点大的径向刚度。此外，活塞裙120可包括与销轴线105对齐的销孔124以接纳销104，销孔可影响某些轴向高度上活塞裙的刚度。

如上所述，裙外形线152的形状可以考虑到从下裙部分到上裙部分的活塞裙的刚度变化。在如此的实施例中，活塞裙120的某些柔性部分可在推力平面内具有较大的半径，这样，当面对推力载荷时可发生弯曲并致使活塞裙120以更加均匀的载荷分布抵靠在气缸壁210上。例如，活塞裙120的下部可以更加柔性，因此，在运行温度下，可具有与气缸壁210干预的最大的半径点155。然而，因为活塞裙120下部内的柔性，所以，围绕活塞裙下部的单位面积的载荷基本上类似于围绕裙上部的单位面积的载荷(即，刚度越大，则裙120的上部可抵靠气缸壁210的推力载荷部分就越大)。

仍参照图2，活塞100可供选择地包括燃烧碗111。燃烧碗111可用来优化发动机燃烧室内的燃烧特性。例如，燃烧碗111可用于汽油发动机、柴油机或天然气发动机的活塞中。在如此的实施例中，燃烧碗11 1不会显著地影响到活塞头110的刚度，而活塞头110基本上仍保持大于活塞裙120部分的刚度。在此实施例中，活塞头外形线151显示出推力平面内的活塞头110的半径小于活塞裙120的那些更柔的部分的半径。

图3示出活塞100处于运行温度或其附近的某一绘图中所表示的活塞裙外形线152的实例。因为活塞裙半径的比例在此实例中已经局限在2.986至2.989英寸范围之内，所以，裙外形线152的形状已经夸大。应该理解到，图3所示的尺寸比例仅是为了说明的目的，其它实施例可以包括具有不是如图3所示的各种尺寸的活塞。此外，还应该理解到，轴向外形的曲率、比例和图3所示形状仅是为了说明之目的，其它实施例可以包括具有不是如图3所示的各种曲率、比例和形状的轴向外形。在此实例中，活塞裙外形线152显示出从最大半径点155朝向上裙部分的裙半径的总的递减。在此实例中，该裙半径的递减通常服从于活塞裙的柔性，半径递减速率的变化与活塞裙的柔性到刚性过渡相一致。

参照图3，下裙外形线154的下部(例如，靠近轴向高度＝0.000处的底部)包括向内凸出的曲率以在活塞100往复运动中避免刨削气缸壁210。在该实例中，下裙外形线154包括位于底部上方的轴向高度处的最大半径点155，那里，活塞裙120的刚度最小。如上所述，中间裙部外形线156的至少一部分可包括凹陷的曲率。如此的凹陷曲率例如可代表推力平面内由于活塞裙刚度的显著改变引起的活塞裙半径的很大变化。在该实例中，中间裙部外形线156在第二拐点159处与上裙外形线158相遇，并朝向头部外形线延伸(图3的实例中未示出)。

如图3中的实例所示，裙部外形线152的形状可以考虑到活塞裙120从下裙部到上裙部的刚度变化，如此的结构可允许活塞裙120以更均匀的载荷分布抵靠气缸壁210。在此实施例中，沿裙部外形线152一部分(例如，沿中间裙部外形线156)的凹陷曲率可以是活塞设计的一部分，该设计允许推力载荷沿活塞裙120基本上有均匀的分布。另一方面，如果裙部外形线152包括了单一的凸出曲率(当活塞处于运行温度或其附近时)，其延伸了裙的全部轴向高度，则由于推力载荷，裙的上部可承载比下裙部大得多的单位面积的载荷。这基本上不均匀的推力载荷分布可导致活塞“磨亮”或磨损气缸壁(因为上裙部可对气缸壁施加较大的单位面积的载荷而不像下裙部那样发生弯曲)。

在某些实施例中，包括上述的实施例，活塞裙120的下部可包括推力平面内的最大半径155，其尺寸大小在运行温度下与气缸壁210过盈配合。在如此的实施例中，由于活塞裙120的下部弯曲，所以活塞100不会发生咬缸。活塞裙120的下部发生弯曲使其弹簧加载在气缸壁210的主推力侧面230和副推力侧面240。这种互相作用致使活塞裙120的下部对推力载荷的分布作出贡献，由此，分布了某些原本会施加到上裙部或头部110的载荷。通过沿着活塞裙120形成更加均匀的载荷分布，可减小产生局部区域相当高的应力集中的可能性，这又可减小活塞“磨亮”或磨损气缸壁的可能性。

还在某些实施例中，因为活塞裙120下部在运行温度下弹簧加载在气缸壁210的主和副推力侧面230和240上，所以，活塞100设置有较佳的导向。如上所述，当活塞裙部120以这样的方式抵靠在气缸壁210上并对活塞100提供足够的导向时，可减小活塞100围绕销轴线105摇动的趋势，这又允许在活塞头110和气缸壁210之间设计有最小的间隙空间。在如此的实施例中，当活塞裙120下部在运行温度下弹簧加载在气缸壁210的主和副推力侧面230和240上时，摩擦能够添加到系统中去。然而，该添加的摩擦可以忽略，因为气缸壁210和活塞裙120之间的液体动力学的润滑剂层的断开并不一定发生。此外，这些实施例可在裙120的上部和下部之间提供更加均匀的载荷分布(如上所述)，这可减小由活塞“磨亮”或磨损气缸壁210引起的摩擦。如此“磨亮”摩擦的减小可偏离可能由活塞裙120下部在运行温度下弹簧加载在气缸壁210的主和副推力侧面230和240上所添加的任何摩擦。

参照图4，在运行温度或其附近温度下活塞100极坐标外形示意地用极坐标外形线170显示。极坐标外形线170在截面的径向平面内显示活塞100的外圆周表面的形状。在此实施例中，极坐标外形线170显示在活塞裙120下部内的截面径向平面中(见图1中的截面线)。即使在活塞裙120的其它部分内取其它的截面径向平面，极坐标外形线170的大致形状也可以相同。其它径向平面内的极坐标外形中的半径大小可正比于主和副推力表面130和140处的外半径，如轴向外形线150所示，并基本上遵循图4所示的形状。

仅为了说明的目的，极坐标外形线170以夸大的形式显示。应该理解到，径向平面内的活塞100外半径的变化相对于活塞100总尺寸来说可以很小，于是，活塞100可显现为具有圆形横截面形状(从一定距离处观看)。活塞100的各种实施例可包括这样的活塞裙，其具有的横截面形状不需较佳地符合气缸孔250的横截面形状。在图4所示实施例中，活塞裙120的横截面圆周形状略像一修改过的椭圆，且关于销轴线105不对称。在其它实施例中，横截面圆周形状可具有不同的外貌，例如，关于销轴线105对称的椭圆或修正过的椭圆。

参照图4，活塞100可具有关于销轴线105不对称的极坐标外形的设计。在该实施例中，在截面的径向平面中的活塞裙120的外圆周表面具有一修改的椭圆形状，其基本上关于推力轴线117对称。极坐标外形线170内的最大半径发生在主和副推力表面130和140处。在该径向平面内，主推力表面130和副推力表面140的尺寸大小足以分别沿主推力侧面230和副推力侧面240抵靠在气缸壁210上。活塞裙120和气缸壁210之间如此的互相作用可造成裙120沿推力轴线117方向向内弯曲，因此，沿销轴线105的方向向外弯曲。例如，当推力254(图1)推压主推力表面130而抵靠在气缸壁210的主推力侧面230上时，活塞裙的主推力表面130可向内弯曲。该向内的弯曲致使活塞裙120沿销轴线105方向向外弯曲。为了允许清除沿销轴线105方向的这种向外弯曲，沿活塞裙120非推力表面132和142的半径可比沿主推力表面130和副推力表面140的半径小，并可比运行温度下的气缸孔205的半径小。

作用在主推力表面130上的推力载荷可大于作用在副推力表面140上的载荷，于是，活塞裙120可不均匀地向外弯曲。在如此的实施例中，最小半径175可不沿平行于销轴线105的方向延伸，但相反可朝向销轴线105的主推力侧面延伸(例如，极坐标外形线170内的最小半径点176远离销轴线105并朝向主推力表面130)。在该实施例中，极坐标外形线170基本上关于推力轴线117对称，于是，最小半径点176存在于推力轴线117的两侧面上。因为作用在主推力表面130上的推力载荷可大于作用在副推力表面140上的载荷，所以，活塞裙120可在主推力侧面上比在副推力侧面上更加向外弯曲。为了考虑活塞裙120的该种非均匀的弯曲，销轴线105副推力侧面上的许多半径可大于销轴线105主推力侧面上的对应半径。副推力侧面上相对较大的半径可提供较大的表面面积来抵靠气缸壁210和导向活塞100。销轴线105主推力侧面上的最小的半径175可考虑到由销轴线105主推力侧面上较大载荷引起的活塞裙120的向外弯曲。

图5示出绘图所表示的极坐标外形线170的一个实例(对于运行温度或其附近温度的活塞100)。因为活塞裙半径的比例在该实例中已经局限在2.984至2.988英寸的范围内，所以，极坐标外形线170的形状已经夸大。应该理解到，图5所示尺寸比例仅是为了说明之目的，且其它实施例可包括具有如图5未示出的各种尺寸的活塞。此外，还应该理解到，图5所示的极坐标外形的曲率、比例和形状仅是为了说明的目的，其它实施例可包括具有图5未示出的各种曲率、比例和形状的极坐标外形。在该实例中，极坐标外形线170显示截面径向平面内的活塞裙120的外圆周表面具有一修改的椭圆形，其关于销轴线105非对称(关于推力轴线117基本上对称)。

参照图5，在此实例中，销轴线105的副推力侧面上的许多半径可大于销轴线105的主推力侧面上的对应半径。例如，最小半径175具有约为2.9855英寸长度，并发生在与销轴线105相交成约25度角的销轴线105主推力侧面上的一点176处。对应的半径具有约为2.9865英寸长度，并发生在与销轴线105相交成约25度角的销轴线105副推力侧面上的一点178处。该极坐标外形中最大半径具有约为2.9878英寸长度，并发生在主和副推力表面130和140上。沿非推力表面132和142的半径小于该最大半径以对沿销轴线105方向的活塞裙120的向外弯曲提供间隙。

活塞的其它实施例可包括图4或5未示出的极坐标外形。例如，活塞可包括如图1、图2或图3所示的轴向外形，并还可包括具有关于销轴线105不对称的修改的椭圆形的极坐标外形。在另一实例中，活塞包括如图1、图2或图3所示的轴向外形，并还可包括具有关于销轴线105对称的椭圆形的极坐标外形。在具有不对称极坐标外形的实施例中，最小半径可沿销轴线105发生，而最大半径可沿推力轴线117发生在主和副推力侧面上。

现参照图6，活塞300的某些实施例可构造成施加在活塞300主推力侧面上的推力反力的矩心位于靠近扭转销中心线317处。如此的结构能够减小通常会造成活塞300摇动的推力矩。在这些实施例中，应该理解到，推力载荷不必沿活塞裙320的全部主推力侧面330以均匀方式分布。即使活塞裙320的主推力侧面330的某些部分承载较大份额的推力载荷，活塞300也可构造成反力的主矩心(表示为力矩心R1)位于扭矩销中心线高度处或稍低于该高度。如此的构造可有效地将推力载荷集中在活塞裙的更柔性的部分上(在此实施例中，下裙部)，并远离活塞的更刚性的部分(在此实施例中，上裙部和活塞头)。这可减小造成沿气缸壁磨损的活塞的更加刚性部分的可能性，由此，允许顶槽脊316和气缸壁之间基本上有较小的间隙。此外，推力载荷可集中在环形槽313和314下面，在某些实施例中，那里对发动机油或其它润滑剂有更加充足的供应，以承载推力载荷。

图6示出推力平面内的活塞300的截面图。活塞300可具有某些类似于上述实施例的特征，但活塞300具有不同的轴向外形350。活塞可包括头部310、裙部320、销轴线305以及活塞轴线315。头部310可具有燃烧碗311、顶表面312以及环槽313和314，它们的操作类似于以上所述的实施例。裙部320可具有圆周形壁326，其至少部分地包围靠近活塞300底部322的中空部分321。裙部320可包括主推力侧面330和副推力侧面340，类似于上述实施例，它们可滑动地接合发动机的气缸壁。

活塞300的轴向外形350可显示在一绘图上，该绘图示出推力平面内相对于离活塞底部322的轴向高度的半径。图6中的绘图示出运行温度或大约该温度下的活塞300的轴向外形(参照实线)和室温或大约该温度下的活塞300的轴向外形(参照虚线)。如上所述，根据活塞300是在运行温度还是在室温下，活塞300的轴向外形350可以不同。在此实施例中，当活塞处于冷却状态时，中间裙部外形356可基本呈凸出形或直线形，但由于圆周壁的热膨胀，中间裙部外形356可调整而包括凹陷的曲率。在其它实施例中，当活塞300处于热膨胀状态时以及当活塞300处于冷却状态时，中间裙部外形356都可调整而包括凹陷的曲率。

仍参照图6，活塞裙外形可包括下裙部外形线354、中间裙部外形线356以及上裙部外形线358。在此实施例中，下裙部外形线354的至少一部分可具有包括最大半径点355的凸出的曲率。应该理解到，在其它实施例中，下裙部外形线354可包括其它的曲率或斜率。例如，下裙部外形线354的最下部可包括基本上直线的外形，其代表活塞半径从最大半径点355到活塞底部322的线性减小。在其它情形中，下裙部外形线354的最下部可不包括从最大半径点355处或其附近部位到活塞底部322处或其附近部位的活塞半径的减小。中间裙部外形线356可包括第一拐点357，在此拐点处，下裙部外形线354连接中间裙部外形线356。当活塞300处于运行温度或该温度附近时，中间裙部外形线356的至少一部分包括凹陷曲率。例如，如此一个凹陷曲率代表因活塞裙320刚度显著的变化引起的推力平面内活塞裙半径很大的变化。应该理解到，中间裙部外形线356的其它部分可包括其它的曲率或斜率。中间裙部外形线356还可包括第二拐点359，在此拐点处，上裙部外形线358连接中间裙部外形线356。上裙部外形线358的至少一部分可包括与活塞头部外形线360相遇的凸出曲率或线性斜率。

在该实施例中，推力平面内的活塞头部外形线360的至少某些半径大于推力平面内的上裙部外形线358的半径。例如，当活塞300处于运行温度或其附近温度时，沿顶槽脊316和第二槽脊318的一部分的半径可大于上裙部358的某些半径，如活塞头部外形线360的偏移部分362所示。再者，在某些实施例中，沿第三槽脊319的半径可以基本上小于顶槽脊316和第二槽脊318的半径。如此的结构可在上裙部和活塞头之间造成径向偏移364，这可用来将作用在活塞裙320上的推力反力的矩心(用力矩心R1表示)集中到扭转销中心线317处的轴向位置或稍低于中心线的轴向位置(将在下面详细描述)。

图7示出一绘图中示出的轴向外形线350的实例，其中，活塞处于运行温度或其附近温度。因为活塞裙半径的比例在此实例中已经局限在2.990至2.996英寸范围之内，所以，轴向外形线350的形状已经夸大。应该理解到，图7所示的尺寸比例仅是为了说明的目的，其它实施例可以包括具有不是图7所示的各种尺寸的活塞。此外，还应该理解到，轴向外形的曲率、比例和图7所示形状仅是为了说明之目的，其它实施例可以包括具有不是图7所示的各种曲率、比例和形状的轴向外形。在此实例中，下裙部外形线354的最下部分(例如，靠近轴向高度＝0.000处的底部322)包括向内凸出的曲率或向内的直线斜率以在活塞300往复运动中避免刨削气缸壁，并在某些情形中，当活塞300处于室温下时，避免过盈配合。如上所述，中间裙外形线356的至少一部分可包括拐点357和359之间的凹陷曲率。在此实施例中，活塞头外形线360的至少某些半径大于上裙部外形线358内的某些半径，当活塞300处于运行温度或其附近温度时，这可造成径向偏移364。

在结合图6-7描述的实施例和实例中，活塞裙320的下部可包括推力平面内最大半径(例如，点355)，其尺寸在运行温度下与气缸壁形成过盈配合。如上所述，由于活塞裙320下部内的弯曲，活塞300不会发送咬缸。活塞裙320的下部能够弯曲，于是，活塞裙320的下部弹簧加载抵靠在气缸壁的主推力侧面和副推力侧面上。该种互相作用致使活塞裙320的下部承受很大部分的推力反力。此外，处于热膨胀状态中的活塞300的轴向外形线350可构造成径向偏移364减小作用在上裙部356上的推力反力(例如，上裙部的某些部分可甚至部接触气缸壁)，并集中推力反力使矩心(力矩心R1代表)位于扭转销的中心线317处或稍低于中心线(例如，位于枢转轴线305处或其下方的轴向高度)。这样的结构能够减小通常会造成活塞300摇动的推力矩。还有，如此的结构可减小造成沿气缸壁磨损的活塞300更刚部分的可能性，由此，允许顶槽脊316和气缸壁之间有基本上较小的间隙。在此情形中，即使顶槽脊316或活塞头310的其它部分抵靠在气缸壁的主推力侧面上，活塞头310上的推力反力(用力矩心R2表示)也会显著小于活塞裙上的推力反力(用力矩心R1表示)。这样，活塞头310造成的磨损可以很小或不足以造成显著的磨缸。

参照图6和7，径向偏移364可大大地减小或消除气缸壁和上裙部358之间的接触。这样，推力载荷沿主推力侧面330的两部分分布-沿活塞裙320和沿活塞头310。这两个部分可承受用力矩心R1和力矩心R2表示的不同组的推力反力。由于裙320的轴向外形和由于上裙部径向偏移364，力矩心R1可发生在扭转销的中心线317处或稍低于中心线(靠近最大半径点355)。还有，因为活塞头310可响应于推力而抵靠气缸壁，所以，力矩心R2可沿活塞头主推力侧面发生(例如，靠近第二槽脊318或顶槽脊316，在此实施例中，位于第三槽脊319上方)。

假定活塞300没有横向加速度力(一旦活塞在由于第二运动引起运动之后被上推抵靠气缸内衬时，该假定就有效)，推力反力可表达为通过销中心线317传递的推力的函数(图6中表示为力T)。这些表达式如下：

$R1=\left\{\frac{X2}{X1+X2}\right\}T$ 以及 $R2=\left\{\frac{X1}{X1+X2}\right\}T$

其中，X1是活塞裙320上推力反力矩心(表示为力矩心R1)相对于扭转销中心线317高度的轴向位置，而X2是活塞裙310上推力反力矩心(表示为力矩心R2)相对于扭转销中心线317高度的轴向位置(例如，参照图6)。

因为径向偏移364可大大地减小或消除气缸壁和上裙部358之间的接触，并由于最大半径点355位于扭转销中心线317高度上或其附近，所以，作用在活塞裙320上的推力反力的矩心(R1)可发生在扭转销中心线317高度上或稍低于该高度，以使X1相当地小(例如，X1＜＜X2)。当X1远小于X2时，作用在活塞头310上的推力反力矩心(R2)变为相当小(例如，R2＜＜R1)。在如此R2远小于R1的情形中，推力(T)基本上用作用在活塞裙320上的反力进行计算(例如，当R2＜＜R1时，则R1≌T)。因此，作用在活塞头310上的推力反力(表示为力矩心R2)可大大地减小，与作用在活塞头310上的推力反力相关的磨损同样也减小。这样，由活塞头310造成的磨损可以很小或不足以造成显著的磨损，活塞300可以构造成具有顶槽脊316和气缸壁之间很小的间隙。紧密的间隙可减小顶槽脊316密封环上方气缸壁和活塞头316之间的体积(即，裂缝体积)。被接纳在裂缝体积内的燃烧混合物通常不能完全燃烧，因此，以未燃烧的碳氢化合物排出。减小裂缝体积就可减小作为不理想排放的未燃烧尽的燃烧混合物量，因为未燃烧尽的燃烧混合物的体积较小。此外，顶槽脊316和气缸壁之间的间隙越紧，且作用在活塞头310上的推力反力大小越小，则可大大地减小顶槽脊316、活塞环以及气缸壁上的磨损。

仍参照结合图6-7所述的实施例和实例，活塞裙320的轴向外形可构造成使反力矩心(R1)对齐在扭转销中心线317高度上或稍低于该高度。例如，可增加径向偏移364来进一步减小上裙部358抵靠在气缸壁上的量，这可使反力矩心(R1)位于裙320上的低的轴向位置处。还有，低的裙部354可包括靠近扭转销中心线317高度的最大半径355，这样，当推力载荷增加并挠曲活塞裙320时，活塞裙320的加载面积可增加，但作用在活塞裙320上的推力反力的矩心(R1)可保持在销中心线317上或稍低于中心线。在如此的实施例中，作用在活塞裙320上的推力反力的矩心(R1)数值不会超过推力(T)的数值。(如果反力的矩心(R1)朝向活塞裙320的上部移动，则轴向位置(X1)将具有负值，因此，造成反力的矩心(R1)的数值大于推力(T)的数值。)

至此描述了本发明多个实施例，然而，应该理解到，可以作出各种修改而不脱离本发明的范围。例如，在某些情形中，副推力侧面的轴向外形可以不同于主推力侧面轴向外形。还有，在主和副推力侧面上的轴向外形基本上相同的情形中，一侧的半径可以不同于另一侧的半径。因此，其它的实施例均在附后权利要求书的范围之内。

Claims (49)

1.一种活塞，包括头部和裙部，所述活塞具有位于推力平面内的轴向外形，当所述活塞基本上在运行温度下时，所述轴向外形包括：

下裙部外形；

邻近于所述下裙部外形的中间裙部外形，所述中间裙部外形的至少一部分具有所述推力平面内的凹陷曲率；以及

邻近于所述中间裙部外形的上裙部外形。

2.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述下裙部外形的至少一部分具有所述推力平面内的基本上凸出的曲率，而所述上裙部外形的至少一部分具有所述推力平面内的基本上凸出的曲率。

3.如权利要求2所述的活塞，其特征在于，在所述中间裙部外形的基本上凹陷的曲率和所述下裙部外形的基本上凸出的曲率之间的拐点处，所述中间裙部外形连接所述下裙部。

4.如权利要求3所述的活塞，其特征在于，从所述下裙部外形的基本上凸出的曲率到所述中间裙部外形的基本上凹陷的曲率的轴向外形过渡考虑到活塞刚度的变化。

5.如权利要求2所述的活塞，其特征在于，在所述中间裙部外形的基本上凹陷的曲率和所述上裙部外形的基本上凸出的曲率之间的第二拐点处，所述中间裙部外形连接所述上裙部。

6.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，当活塞基本上处于室温下时，所述中间裙部外形具有所述推力平面内的非凹陷曲率。

7.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述中间裙部外形的半径大于上裙部外形的半径。

8.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述下裙部外形的半径大于所述中间裙部外形的半径。

9.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，还包括径向平面内的极坐标外形，所述极坐标外形关于销轴线非轴对称。

10.如权利要求9所述的活塞，其特征在于，所述径向平面内的所述极坐标外形包括朝向所述销轴线的主推力侧面延伸的最大半径。

11.如权利要求10所述的活塞，其特征在于，朝向所述主推力侧面延伸的最小半径考虑到由主推力侧面加载引起的活塞向外的弯曲。

12.一种装置，包括：

内燃机，所述内燃机具有至少一个形成气缸孔的壁；以及

设置在所述气缸孔内可往复运动的活塞，所述活塞包括头部和裙部，所述活塞具有基本圆周的外表面，而所述外表面的至少一部分抵靠在推力平面内的所述壁上，

其中，所述外表面包括下裙部、中间裙部和上裙部，当所述活塞基本上在运行温度下时，所述中间裙部包括所述推力平面内的凹陷曲率。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述下裙部包括所述推力平面内的基本上凸出的曲率，而所述上裙部包括所述推力平面内的基本上凸出的曲率。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，从所述下裙部外形的基本上凸出的曲率到所述中间裙部外形的基本上凹陷的曲率的外表面过渡考虑到所述活塞刚度的变化。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述下裙部和所述上裙部可操作以将来自所述活塞的推力载荷基本上均匀地分布到所述壁的所述主推力侧面上。

16.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述下裙部包括最大半径，当所述活塞基本上处于运行温度下时，所述最大半径与所述壁过盈配合。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，当过盈配合时，所述下裙部弯曲以避免所述活塞咬缸。

18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，当与所述壁过盈配合时，所述下裙部弹簧加载作用于所述壁的主和副推力侧面。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，当所述下裙部弹簧加载作用于所述壁的主和副推力侧面时，所述外表面可操作来导向所述气缸孔内的所述活塞。

20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，当所述下裙部弹簧加载作用于所述壁的主和副推力侧面时，所述下裙部和所述上裙部可操作以将来自所述活塞的推力载荷基本上均匀地分布到所述壁的所述主推力侧面。

21.如权利要求16述的装置，其特征在于，还在所述壁的一部分和所述活塞的一部分之间包括一层润滑剂。

22.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述活塞还包括径向平面内的极坐标外形以及销轴线，所述极坐标外形关于所述销轴线非对称。

23.一种内燃机，包括：

至少部分地形成气缸孔的气缸孔壁；以及

活塞，所述活塞在所述气缸孔内响应于燃烧事件运动，所述燃烧事件提供杆力分量和推力分量，所述推力分量推所述活塞抵靠所述气缸孔壁的主推力侧面，所述活塞包括：

头部；以及

裙部，所述裙部具有基本上圆周形的裙壁，所述裙壁可操作以抵靠推力平面内的所述气缸孔壁，所述裙壁可包括沿所述推力平面的主推力侧面的上裙点，所述上裙点与沿所述推力平面的主推力侧面的下裙点间隔开，靠近所述下裙点的所述裙壁部分的径向柔度基本上大于靠近所述上裙点的所述裙壁部分的径向柔度，当所述活塞被推向所述气缸孔壁的所述主推力侧面上时，所述上裙点和所述下裙点基本上承载相等的侧向载荷。

24.如权利要求23所述的发动机，其特征在于，所述裙壁包括沿所述推力平面的所述主推力侧面的中间裙点，当所述活塞被推向所述气缸孔壁的所述主推力侧面上时，所述中间裙点承载基本上与所述上裙点和所述下裙点相等的侧向载荷。

25.如权利要求23所述的发动机，其特征在于，所述裙壁包括下裙部、中间裙部以及上裙部，所述中间裙部包括所述推力平面内的凹陷曲率。

26.如权利要求25所述的发动机，其特征在于，所述下裙部包括最大半径，当所述活塞基本上处于运行温度下时，所述最大半径与所述壁过盈配合。

27.如权利要求26所述的发动机，其特征在于，当与所述壁过盈配合时，所述下裙部弹簧加载作用于所述壁的主和副推力侧面。

28.如权利要求27所述的发动机，其特征在于，当所述下裙部弹簧加载作用于所述壁的主和副推力侧面时，所述下裙部和所述上裙部可操作以基本上均匀地分布推力载荷，所述活塞被推靠在所述气缸孔壁的主推力侧面上。

29.如权利要求23所述的发动机，其特征在于，靠近所述下裙点的所述裙壁的部分的半径大于靠近所述上裙点的所述裙壁的部分的半径。

30.一种内燃机，包括：

至少一个形成气缸孔的壁；以及

活塞，所述活塞设置在所述气缸孔内并连接到活塞杆上以围绕枢转轴线枢转，所述活塞包括基本圆形的外表面，所述外表面具有头部和位于所述头部下方的裙部，当所述活塞基本上处于运行温度并承受推力时，所述外表面的至少一部分抵靠在推力平面内的所述壁上，所述推力平面内由所述裙部承受的推力部分由裙力矩心定义，所述裙力矩心定位在所述枢转轴线处或低于其的轴向高度上。

31.如权利要求30所述的发动机，其特征在于，由所述头部承载的推力部分由头力矩心定义，所述头力矩心数值基本上小于所述裙力矩心数值。

32.如权利要求31所述的发动机，其特征在于，所述头力矩心定位在所述枢转轴线上方的轴向高度上，所述头力矩心距所述枢转轴线的距离基本上大于所述裙力矩心距所述枢转轴线的距离。

33.如权利要求30所述的发动机，其特征在于，所述外表面包括下裙部、中间裙部和上裙部，当所述活塞基本上处于运行温度时，所述中间裙部包括所述推力平面内的凹陷曲率。

34.如权利要求33所述的发动机，其特征在于，所述外圆周表面从所述推力平面内的所述下裙部的基本上凸出的曲率过渡到所述中间裙部的基本上凹陷的曲率。

35.如权利要求33所述的发动机，其特征在于，当所述活塞处于基本上室温下时，所述外表面的所述中间裙部具有所述推力平面内的非凹陷曲率。

36.如权利要求30所述的发动机，其特征在于，当所述活塞基本上处于运行温度时，所述外表面的所述头部的半径大于外表面的所述裙部的至少某些半径。

37.如权利要求30所述的发动机，其特征在于，所述外表面包括下裙部、中间裙部和上裙部，当所述活塞基本上处于运行温度时，所述外表面具有位于所述枢转轴线上方的所述推力平面内的半径偏移。

38.如权利要求37所述的发动机，其特征在于，所述上裙部包括所述推力平面内的半径，当所述活塞基本上处于运行温度时，所述半径小于所述头部的至少某些半径。

39.如权利要求30所述的发动机，其特征在于，所述外表面包括下裙部、中间裙部和上裙部，当所述活塞基本上处于运行温度时，所述下裙部具有与所述壁过盈配合的最大半径。

40.如权利要求39所述的发动机，其特征在于，当过盈配合时，所述下裙部弯曲以避免所述活塞咬缸。

41.如权利要求39所述的发动机，其特征在于，当与所述壁过盈配合时，所述下裙部弹簧加载抵靠所述壁的主和副推力侧面。

42.如权利要求41所述的发动机，其特征在于，当所述下裙部弹簧加载抵靠所述壁的主和副推力侧面时，所述外表面可操作以使所述活塞在所述气缸孔内导向。

43.如权利要求41所述的发动机，其特征在于，当所述下裙部弹簧加载抵靠所述壁的主和副推力侧面时，所述上裙部径向偏离所述推力平面内的所述壁的所述主推力侧面。

44.如权利要求30所述的发动机，其特征在于，所述活塞还包括径向平面内的极坐标外形，所述极坐标外形关于所述枢转轴线非轴对称。

45.一种用于具有气缸孔壁的发动机内的活塞，这样，当所述活塞基本上处于运行温度下并承受推力时，所述活塞围绕枢转轴线枢转以抵靠在推力平面内的所述气缸孔壁上，所述活塞包括：

基本上圆形的外表面，所述外表面具有头部和位于所述头部下方的裙部，所述头部具有所述推力平面内的至少某些半径，当所述活塞基本上处于运行温度下时，所述半径大于所述裙部的至少某些半径，这样，所述外表面在所述枢转轴线上方具有所述推力平面内的径向偏移，所述外表面承载所述推力平面内的推力的至少一部分，

其中，由所述推力平面内所述裙部承载的推力部分由裙力矩心定义，所述裙力矩心定位在所述枢转轴线处或低于所述枢转轴线的轴向高度处，以及

其中，由所述头部承载的推力部分由头力矩心定义，所述头力矩心数值基本上小于所述裙力矩心数值。

46.如权利要求45所述的活塞，其特征在于，所述外表面的所述裙部包括下裙部、中间裙部和上裙部，当所述活塞基本上处于运行温度时，所述上裙部包括所述推力平面内的半径，所述半径小于所述头部的至少某些半径，这样，所述径向偏移发生在所述上裙部和所述头部之间。

47.如权利要求45所述的活塞，其特征在于，所述头力矩心定位在所述枢转轴线上方的轴向高度上，所述头力矩心距所述枢转轴线的距离基本上大于所述裙力矩心距所述枢转轴线的距离。

48.如权利要求45所述的活塞，其特征在于，所述外表面包括下裙部、中间裙部和上裙部，当所述活塞基本上处于运行温度时，所述中间裙部包括所述推力平面内的凹陷曲率。

49.如权利要求48所述的活塞，其特征在于，当所述活塞处于基本上室温下时，所述外表面的所述中间裙部具有所述推力平面内的非凹陷曲率。

Images