CN103748345A - 具有位于冠部下方的支撑结构的活塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活塞，该活塞具有活塞本体，该活塞本体沿纵向中心轴延伸并具有冠部和一对销毂。该冠部包括燃烧壁，燃烧壁带有形成在其中的燃烧碗，一对肋从该燃烧壁悬垂。两肋中的一个肋在燃烧碗的正下方从燃烧壁悬垂，两肋中的另一个肋与燃烧碗径向间隔开。因此，两肋中的一个肋比另一个肋沿所述纵向中心轴悬垂地更低。肋为冠部提供支撑，同时也用作散热片以散发燃烧壁的热量。

Description

具有位于冠部下方的支撑结构的活塞

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年6月29日提交的美国临时申请序列号No.61/502,602的权益。

技术领域

本发明主要涉及用于内燃机的活塞。

背景技术

为了继续努力提高电力生产和燃油效率，许多发动机制造商都在采用先进的技术，如在以汽油为燃料的发动机内引入直喷，涡轮增压器和机械增压器。通常，这些和其他先进的技术通过提高发动机的缸膛内的压力和温度来改善发动机的性能。然而，增加的压力和温度可能会对发动机的活塞的上冠部造成不希望的弯曲或其它损坏。这种损坏可能会导致性能的降低或者甚至发动机的完全失效。

为了加强发动机的活塞承受增加的燃烧压力和温度的能力，一些活塞制造商已经开始生产具有加厚的燃烧壁的活塞。虽然这种活塞可以在增加的压力和温度下抵抗弯曲，但是厚度的增加使得活塞的重量增加，这可能减损来源于先进技术的功率和燃料效率的提高。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种活塞，该活塞具有活塞本体，该活塞本体沿纵向中心轴延伸。该活塞本体具有冠部和一对销毂，该冠部具有燃烧壁，该销毂从所述冠部悬垂。所述冠部包括一体成型的至少两肋，各肋从所述燃烧壁悬垂。其中的一个肋比另一个肋沿所述纵向中心轴悬垂（延伸）地更低。肋提高了上冠部的关于销孔轴的的抗弯强度，而基本上不增加活塞的重量。此外，肋用作散热片以散发燃烧壁的热量，从而冷却活塞。

根据本发明的另一个方面，肋在销毂之间延伸，并从销孔轴向外弯曲。因此，肋的长度增加，而基本上不增加活塞的重量。

根据本发明的又一个方面提供一种活塞，该活塞具有活塞本体，该活塞本体沿纵向中心轴延伸并具有冠部和一对销毂，该冠部具有燃烧壁，该销毂从所述冠部悬垂。所述燃烧壁包括形成在其中的至少一个燃烧碗，所述冠部包括一体成型的至少一个肋，该肋在所述至少一个燃烧碗的正下方从所述燃烧碗悬垂。因此，该至少一个肋在燃烧碗的位置增强上冠部的强度，这往往是位于缸膛的燃烧中心。

附图说明

对于本领域的技术人员来说，为了更清楚地说明本发明的这些和其他方面、特征及优点，以下结合当前优选的实施例和最佳实施方式、所附权利要求以及附图对本发明进行详细描述，其中：

图1是根据本发明的一个方面构造的活塞的透视图；

图2是图1的活塞的侧视图；

图3是图1的活塞的底视图；

图4是大致沿着图3的线4-4的剖视图；以及

图5是大致沿着图3的线5-5的剖视图。

具体实施方式

参考附图，其中，在不同的附图中的相同的数字用来表示相应的部件，图1-图5示出了根据本发明的一个当前优选方面构造的活塞20。该示例性的实施例的活塞20一体成型，其优选为被铸造为接近最终形状然后加工成其最终尺寸。然而，应当理解，可替换地，活塞20可以由多个部件构造而成，这些部件可以通过任何期望的方法来进行成形并彼此连接。该活塞20优选由铝合金形成，但是，可替换地，也可以由钢或任何期望的金属或合金形成。

如图1所示，示例性的单件式活塞20具有沿纵向中心轴线A₁延伸的活塞本体22，该活塞本体具有一上冠部24，一对销毂26和一对裙部28。该上冠部24包括一燃烧壁30和与燃烧壁30轴向间隔开的多个环形槽32，该环形槽用于接收活塞环（未示出）。销毂26沿纵向中心轴A₁从上冠部24向下延伸。每个销毂26具有一个销孔34，该销孔34沿销孔轴A₂（如图3所示）彼此对齐，用于接收活塞销（未示出），以相互连接活塞20和连杆的小端部（未示出）。如图3所示，两个裙部28被设置为径向相对，每个裙部28在销毂26之间延伸并相互连接销毂26。在发动机运行时，活塞本体22在发动机缸体（未示出）内沿纵向中心轴线A₁往复运动，从而通过连杆（未示出）旋转曲轴（未示出）。

再返回来参照图1，燃烧壁30包括一大致平面部分，一凸起部分（弹出式）和在其中形成的燃烧碗36。该燃烧碗36被配置为相对于纵向中心轴A₁不对称，即燃烧碗36的中心不设置为沿着纵向中心轴A₁。然而，应当理解，可替换地，燃烧碗36也可以设置为关于所述中心轴A₁对称。当活塞20被用在带有直喷技术的发动机中时，缸膛内的燃料和气体的燃烧往往集中在燃烧碗36的周围，从而在这个位置产生增强的压力和热量。其结果是，燃烧碗36通常是冠部24的最高应力区域。示例性的活塞20具有位于冠部下方（undercrown）的支撑结构，用来加强上冠部24以抵抗这些力。

现在参照图3，活塞20包括一对彼此径向间隔开的肋38，40，该肋大致在销毂26之间延伸以加强上冠部24，当燃烧壁30被暴露于具有直喷，涡轮增压器和/或机械增压器的发动机的增强的压力和温度时，从而提高上冠部24关于销孔轴A₂的抗弯强度。该抗弯强度的增强基本不会导致活塞20的重量的增加。在该示例性的实施例中，各肋38，40一般为弓形或圆弧形，以增加在燃烧壁30的下方的支撑面积，从而进一步提高上冠部的关于销孔轴A₂的抗弯强度。肋38，40的圆弧形状还允许肋38，40与相对的销毂26的大致顺利匹配或相互连接，从而避免在这些元件的交叉点产生不必要的应力。现在参照图5，各肋38，40从上冠部24悬垂并与上冠部24一体成型。因此，各肋38，40可以低成本或几乎没有额外成本地与上冠部形成“铸态”。然而，应当理解，肋38，40可通过任何合适的方法形成为上冠部。除了加强上冠部的抗弯强度，肋条38，40也可以用作散热片以散发上冠部的燃烧壁30的热量，从而冷却燃烧壁30。该散热效果进一步增强了活塞20的抵抗增加的燃烧温度的能力。应当理解，可替换地，肋也可以是直线形或者甚至可以形成向内弯曲的弧形，这取决于特定的活塞设计的需要。

仍然参照图5，除了肋38，40，示例性的活塞20的燃烧壁30形成为在燃烧碗36和围绕燃烧碗36的区域都具有大致均匀的厚度。两肋38，40中的一个肋（以下简称为“第一肋38”）在燃烧碗36的正下方从燃烧壁30悬垂。因此，第一肋38被定位为在上冠部24的最高应力位置提供最佳支撑。另一个肋（以下简称为“第二肋40”）在与第一肋38径向相对的位置从燃烧壁30悬垂并与燃烧碗36间隔开。由于燃烧壁30的下表面在燃烧碗36的区域中凹陷，第一肋38（直接位于燃烧碗36的正下方）相对于第二肋40凹进，即第一肋38比第二肋40延伸地更低。因此，尽管第一和第二肋38，40具有大致类似的长度，燃烧壁30的下侧在横截面视图中具有非对称的外观。另外，由于示例性的燃烧碗36具有大致为半球形的形状，第一肋38的弧形不仅远离销孔轴线A₂向外弯曲而且垂直地朝着活塞本体22的销毂26弯曲。

现在参照图3，裙部28与肋38，40大致同心地延伸。因此，裙部28与肋38，40具有相同的或大致相同的曲率半径。然而，应当理解，裙部28与肋38，40也可以不同心。

显然，根据以上教导，本发明的许多修正和变型是可能的。因此，应当理解，在授权权利要求的范围内，本发明可不同于具体描述通过其他方式实施。

Claims (15)

1.一种活塞，其特征在于，该活塞包括：

活塞本体，该活塞本体沿纵向中心轴延伸并具有冠部和一对销毂，该冠部具有燃烧壁，该销毂从所述冠部悬垂；以及

所述冠部包括一体成型的至少两肋，各肋从所述燃烧壁悬垂，并且其中一个肋比另一个肋沿所述纵向中心轴悬垂地更低。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，各肋在所述销毂之间延伸。

3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，各肋从所述销孔轴向外弯曲。

4.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，各肋相对于所述纵向中心轴弯曲。

5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述燃烧壁具有燃烧碗，其中一个肋与所述燃烧碗径向间隔开。

6.根据权利要求5所述的活塞，其特征在于，其中一个肋在所述燃烧碗的正下方从所述燃烧壁悬垂。

7.根据权利要求6所述的活塞，其特征在于，所述燃烧碗大致是半球形。

8.根据权利要求7所述的活塞，其特征在于，在所述燃烧碗的正下方从所述燃烧壁悬垂的所述肋朝向所述销毂向下弯曲。

9.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述至少两肋彼此径向相对。

10.一种活塞，其特征在于，该活塞包括：

活塞本体，该活塞本体沿纵向中心轴延伸并具有冠部和一对销毂，该冠部具有燃烧壁，该销毂从所述冠部悬垂；

所述冠部的所述燃烧壁包括形成在其中的至少一个燃烧碗；以及

所述冠部包括一体成型的至少一个肋，该肋在所述至少一个燃烧碗的正下方从所述燃烧碗悬垂。

11.根据权利要求10所述的活塞，其特征在于，所述至少一个肋在所述销毂之间延伸。

12.根据权利要求11所述的活塞，其特征在于，所述至少一个肋从所述销孔轴向外弯曲。

13.根据权利要求12所述的活塞，其特征在于，所述至少一个肋朝向所述销毂向下弯曲。

14.根据权利要求10所述的活塞，其特征在于，所述燃烧碗相对于所述纵向中心轴不对称。

15.根据权利要求14所述的活塞，其特征在于，所述燃烧碗大致是半球形。

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