CN101553656A - 带有扭转裙板的活塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活塞总成，包括一个活塞头，该活塞头包括带有多个环槽的活塞环带，还包括第一裙部和第二裙部，该裙部各自具有一顶缘以及径向距离小于所述顶缘的底缘。第一和第二销座自所述活塞环带径向向内隔开以限定一个短销支撑的布置。多个裙板在所述第一和第二销毂中的一个和所述第一和第二裙部中的一个之间延伸。每一裙板均包括一个距所述活塞头最近的顶部、一底部以及一与所述顶部和底部大体上等距离的中部。每个裙板沿其长度方向扭转，以使所述裙板的顶部和垂直于所述销孔轴的第一平面之间的第一间距与所述裙板的底部和所述第一平面之间的第二间距的比率沿至少部分所述长度增大。

Description

带有扭转裙板的活塞

相关申请的交叉引用

[0001]本申请要求序列号60/864,827，名称为“带有扭转裙板的活塞”，申请日为2007年11月8日的美国临时专利申请的权益，其通过整体引用而合并入本申请。

技术领域

[0002]本发明涉及内燃机用活塞，具体地说，涉及一种通过裙板将一体的活塞裙连结到活塞销毂的活塞。

背景技术

[0003]用于内燃机的活塞可由多种金属制成，通常是由如铝或铝合金等轻金属模铸而成。这样的活塞包括一个活塞头部分以及一对销毂，活塞头上成型有多个用于适配活塞环的环槽销毂，该销毂从活塞头向下伸出，并成型有轴向对齐的销孔，用于容纳活塞销，使活塞连接至关联的发动机连杆。该活塞还包括一对裙部，每个均通过相关的裙板与销毂相连接，而裙板通常为平面或曲面形状。

发明内容

[0004]总体来说，本发明涉及一种活塞总成。该活塞总成一体成型为一整体且以一个纵向中心轴为中心。该活塞总成包括一个活塞头，该活塞头包括带有多个环槽的活塞环带。该活塞总成还包括第一裙部和第二裙部，该裙部各自具有一顶缘以及径向距离小于所述顶缘的底缘。该裙部还包括第一和第二侧缘。该活塞总成还包括第一和第二销毂，其自所述活塞环带径向内间隔开以限定一个短销支撑布置。所述销毂分别具有轴向对齐的销孔，该销孔的孔轴垂直于所述纵向中心轴。该活塞总成还包括多个裙板，其在所述销毂中的一个和所述裙部中的一个之间延伸，其中每一裙板均包括一个距所述活塞头最近的顶部和距所述活塞头最远的底部以及与所述顶部和底部大体上等距离的中部。每个裙板沿所述长度方向扭转，以使所述顶部和垂直于所述销孔轴的第一平面之间的第一间距与所述底部和所述第一平面之间的第二间距的比率沿至少部分所述长度增大。

[0005]裙板的扭转能使销毂在适配及适当的支撑不同厚度的活塞时具有间隔更近的优点。按此特有的优点，销毂可保持相对较窄以减少尺寸和重量，而且活塞裙可以制造成其顶部宽度明显大于底部的宽度。本发明的更进一步的优点是，裙的边缘可以是曲线的，而且当裙板另一端与销毂在大体垂直方向相结合或稍微彼此向内倾斜地结合时，其可按裙的轮廓与裙的整体或部分边缘相接合。裙板在纵向上的扭转能使裙板从与销毂的联接处的方向过渡至裙的边缘处的不同的宽度和曲线方向。

[0006]结合下面详细说明和附图，本领域的技术人员更容易理解本发明这些以及其他特征和优点。

附图说明

[0007]图1是按本发明的一个实施例组成的活塞的仰视透视图；

[0008]图2-9均是图1所示活塞沿箭头A方向的截面视图，显示了裙板沿其长度方向的形状变化；

[0009]图10是沿图1中活塞沿销孔轴的截面视图；

[0010]图11是大体垂直于图10的视图穿过裙部的截面视图；

[0011]图12是沿图1中箭头B方向剖面的截面视图。

具体实施方式

[0012]参考附图，活塞总成由10标示，其包括一个活塞头12，活塞头上成型有环形活塞环带部分14，活塞环带上具有用于适配一组活塞环(图未示)的多个环槽16。

[0013]如图1-11所示，活塞10包括一对销毂18，其与活塞头12由同种材料整体成型。销毂18从该活塞头12的下方向下延伸，并且具有彼此横向隔开一段间隙22的内表面20。销毂18上成型有轴向对齐的销孔24，用于容置活塞销(图未示)，以使活塞10连接到从下方延伸至间隙22的连杆小头(图未示)。如图所示，所述内表面20可以是直的或锥形的，以适配连杆小头的形状。销毂18具有与内表面20相对的外表面26，其位置相对活塞总成10的环带14径向向内。销毂18的外壁28在内表面20和外表面26之间延伸。

[0014]活塞10包括一对活塞裙30，其与活塞10为一整体件制成。裙30从邻近活塞头12的顶缘32延伸至底部自由边34。该裙30在相对的侧缘36，38之间周向延伸，所述侧缘36，38延伸于裙的顶缘32和底边34之间。如图所示，裙30在顶缘32处的径向宽度大于其在底缘34处，由于其顶部和底部大体是平行的，而侧面是不平行的，裙30具有大体梯形的形状。所述裙侧缘36，38相对活塞总成10的纵向中心轴44可以是曲线形的，或弓形的，也可以直线的。

[0015]可以限定垂直于活塞10的纵向中心轴44的多个不同的直线宽度。沿垂直于销孔24的轴46的一个轴，在顶缘32处，第一直线宽度可限定在裙30的径向外表面之间。第二直线宽度可以限定在沿销孔轴46的销毂18的外表面26之间。第一直线宽度大于第二直线宽度。底缘34的两个相对端之间的直线距离，通常在垂直于活塞总成10的纵向中心轴44的平面内，且该距离小于两外表面26之间的第二直线宽度。然而，顶缘32的两个相对端的直线距离，通常在垂直于活塞总成10的纵向中心轴44的平面内，且该距离大于两外表面26之间的第二直线宽度。

[0016]活塞10包括裙板40，该裙板将裙30连接至销毂18。该裙板与销毂18和裙30由同种材料作为一整体件一起制造，且与活塞环带部分14径向向内间隔开。根据上述销毂18和裙30的几何形状，每个裙板40相对于活塞总成10的纵向中心轴44扭转一角度，以便于既可与销毂18又可与裙30结合为一体。

[0017]在本发明的一个优选实施例中，参考图1，裙板40从邻近活塞头12的第一顶角48以及与第一顶角相对置的第一底角50，背向销毂18向外延伸。该裙板40延伸至邻近活塞头12的第二顶角52以及第二底角54。图2-9是一系列显示了裙板40扭转一角度的视图。每一视图均为透视图，显示了穿过裙板40的活塞总成10的截面视图。图2-9中各截面是沿一系列从纵向中心轴逐渐向外的平面剖开的。例如，图2所示的截面是平行于轴44且偏离轴44的第一平面。图3所示的截面是平行于轴44且比第一平面偏离轴44更远些的第二平面。在这些附图中，添加了两个参考轴56，58以及角60，用以提供一致的参考源。尤其是，轴56在特定的截面平面内延伸，且基本沿裙板40的厚度居中。轴58也是在特定的截面平面内延伸，其平行于纵向中心轴44，基本位于两个相对的裙板40的中心。角60是指轴56和58之间的角度。

[0018]图2所示是沿平行于轴44且偏离轴44第一距离的第一平面内的剖面视图。图2中的第一平面是大体上穿过邻近销孔18的角48，50的剖面。角60相对很小，轴56，58的交点位于视图范围之外。按本发明的一个可替换的实施例，轴56，58可以是在第一邻近平面上平行的。

[0019]图3所示是沿平行于轴44且偏离轴44的第二间距大于第一间距的第二平面的剖面的视图。角60与图2中基本上没有变化，表示了裙板40基本上是直线延伸的，在第一和第二平面之间没有扭转。按本发明的一个可替换的实施例，裙板40可以在其整个长度上扭转，因而不具有任何直线部分。

[0020]图4所示是沿平行于轴44且偏离轴44的第三间距大于第二间距的第三平面的剖面的视图。角60相对图3中已增大，表示出裙板40开始在第二和第三平面之间扭抟。由于裙板40是扭转的，因此其与裙30的一个的侧缘36或38相交。扭转的实现，使裙板40的顶部从相对的短销型布置的销毂18逐渐的延伸至与具有相对较宽的顶的裙30的顶缘32相交，同时，裙板40的底部逐渐延伸至与裙30的相对较窄的底缘34相交。

[0021]裙板40的扭转可以由多个不同的方法限定。作为示例的裙板40包括沿轴56设置的顶点62，中点64，以及底点66。图4中，顶点62与轴58间距68，中点64与轴58间距70，底点66与轴58的间距72。在扭转的一个实施例中，随着裙板40从第一平面至第三平面向外延伸，裙板40可以通过增加间距68形成。扭转还可以通过增大间距68的同时减小间距72来限定，此时裙板40远离轴44向外延伸。可替换的，扭转还可以通过保持间距72不变而同时增大间距68和70来限定，此时裙板40向外延伸。可选的，全部的间距68，70，72可以随裙板40远离轴44延伸而一起变化，同时增大或减小，但是速率不同。

[0022]图5所示是沿平行于轴44且偏离轴44的第四间距大于第三间距的第四平面的剖面的视图。角60相对图4中已增大，表示出裙板40更进一步的扭抟。在本发明的实施例中，图5还显示了顶点62与活塞环带部分14结合起来。在图2-4中，一个凹槽74显示于活塞环带14和裙板40之间。在图5中凹槽74在第四平面上已消失了。如前所述，由于裙板40的顶点62偏离参考平面的轴58，或只简单的由于参考平面离轴44越来越远，环状活塞环带部分14的外部径向边缘更接近于轴58，因此活塞环带14和裙板40的可能会结合。

[0023]图6所示是沿平行于轴44且偏离轴44的第五间距大于第四间距的第五平面的剖面的视图。角60相对图5中已增大，表示出裙板40更进一步的扭抟。而且裙板40的上部移至更接近活塞环带14的径向外表面。图7-9分别示出了第六至第八平面的截面视图，其中各平面平行且彼此间隔。这些附图显示了裙板40与裙30的边缘36相结合时的连续扭转状态。

[0024]裙板40从各销毂18的各侧延伸，并与裙30的相关的侧缘36，38的另一端相接合。因此，每个裙30具有一对与其关联的裙板40。裙板40与销毂18在其外壁28处销毂相交，其结合处大至在相对于销毂18底端的内表面20和外表面26之间的居中处。(在为锥形销毂时该销毂18的最窄的部分如所示)

[0025]裙板40在其与销毂18相交的位置，相对于活塞总成10的纵向中心轴44一般是平行的，或稍微向内倾斜的。这可从图2中最清楚的看出。然而，当裙板在其长度方向上向裙30的侧缘36，38延伸时，裙板40可能需要移出它们最初的平面，以使裙板在其另一端与裙缘36，38的形状和位置相匹配。

[0026]如一系列的截面图3-9所示，裙板40在其长度方向上是扭转的，以在形状和方位上适合与销毂18和裙30的结合。在活塞的底部，裙板40可以向内扭转，以在邻近裙的底缘34处与裙30的侧缘36，38相结合，此处裙板40之间的间距小于裙板40在销毂18处之间的间距。在活塞10的顶部，裙板40可向外扭转，以在裙的顶缘32处与裙30的更宽且向外成一定角度的侧缘36，38相交。因此裙板40的表面呈现为一个扭转的平面形状，或由于裙板40在裙板40的长度方向和活塞的纵轴方向上(如附图12中进一步的示意)均被扭转而呈现出双曲曲线形。当然，裙板40精确的扭转结构需要根据特定的活塞要求，因此附图所示的形状仅是一个示例性的实施方式。

[0027]附图还显示了裙板40可向外展开以与裙30的侧缘36或38相结合。特别是，裙板40沿纵向中心轴40的高度可小于裙30的高度(即顶缘32和底缘34沿轴44的间距)。在本发明的此实施例中，裙板40的底部也可以向下展开，以使侧缘36或38的整个长度由裙板40支撑。

[0028]裙板40，裙30以及活塞头12的下方的形状限定了位于销毂18任何一侧的内部空间，该销毂具有一个靠近裙30的顶缘的底部凹槽区域42，如图9所示，裙板40在该处与裙的侧缘36，38相接合。

[0029]该活塞，包括如上所述的扭转的裙板40，可由任何可选的材料，例如铝，钢，或类似材料，作为一件式整体铸造。

[0030]任何特定的活塞的设计涉及多种因素的平衡，包括质量和强度。本发明的裙板的扭转方向，允许短销可适配于不同直径的活塞的配置。尤其是，裙板40的扭转越大使裙板的顶部与一平面的间隔越大。

[0031]应当理解，本发明中，可实现相同作用的其他实施方式也包括在本发明最终被允许的权利要求的范围内。

Claims (4)

1.一种活塞总成，包括：

一个整体成型的活塞头以及，带有多个环槽并且以一纵向中心轴为中心的单件式活塞环带；

第一裙部和第二裙部，与所述活塞头一体成型为一整体且沿所述轴延伸，所述第一裙部和第二裙部各自具有一邻近所述活塞环带的顶缘、底缘以及第一和第二侧缘，所述底缘沿所述轴与所述顶缘隔开且其径向距离小于所述顶缘；

第一和第二c，与所述活塞头一体成型为一整体且沿所述轴延伸，销毂所述第一和第二销毂以所述轴为中心彼此镜像对称，且与所述活塞环带径向向内隔开以限定一个短销支撑的布置，在第一和第二销毂上成型有轴向对齐的销孔，该销孔的孔轴垂直于所述纵向中心轴；以及

多个裙板，与所述活塞头一体成型且在所述第一和第二销毂中的一个和所述第一和第二裙部中的一个之间延伸所述多个裙板包括以包含所述纵向中心轴且垂直于所述销孔孔轴的第一平面为中心彼此镜像对称的第一裙板和第二裙板，还包括以所述第一平面为中心彼此镜像对称的第三裙板和第四裙板，其中，

所述第一裙板和第三裙板以包含所述纵向中心轴和所述销孔轴的第二平面为中心彼此镜像对称，所述第二和第四裙板也以所述第二平面为中心镜像对称，每一裙板均包括一个距所述活塞头最近的顶部和距所述活塞头最远的底部以及与所述顶部和底部基本等距离的中部，其中每个裙板在垂直于所述第二平面方向背离所述销毂中的一个延伸且超过一个直线长度以与所述裙部中的一个相结合，其中每个裙板沿所述长度方向扭转，以使所述裙板的顶部和所述第一平面之间的第一间距与所述裙板的底部和所述第一平面之间的第二间距间所限定的比率沿至少部分所述长度增加。

2.根据权利要求1所述的活塞总成，其特征在于所述第一间距在至少部分所述长度上增大，而所述第二间距在该长度上基本保持不变，从而进一步限定所述比率的增大。

3.根据权利要求1所述的活塞总成，其特征在于所述第一间距在至少部分所述长度上增大，而所述第二间距在至少部分所述长度上减小，从而进一步限定所述比率的增大。

4.根据权利要求1所述的活塞总成，其特征在于所述第一间距在至少部分所述长度上以第一速率增大，而所述第二间距在至少部分所述长度上以小于第一速率的第二速率增大，从而进一步限定所述比率的增大。

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