CN104160138B - 活塞及连接杆组件 - Google Patents

Abstract

在由活塞(2)和连接杆(17)构成的用于燃烧发动机的组件(1)中，活塞包括活塞冠(3)、活塞裙(4)和用于容纳活塞销(6)的部分(10,14)，活塞旨在通过活塞销支承在连接杆上。活塞裙具有完全闭合的底部部分(15)，且在用于容纳活塞销的其部分中具有孔口(16)，其密封活塞销，但在其它情况下完全地包围活塞冠的底部部分(12)和用于容纳活塞销的活塞冠部(10)。连接杆还具有在其面对活塞的端部(19)中的叉形。同样提供了用于分别在此组件中使用的活塞和连接杆。

Description

活塞及连接杆组件

技术领域

本发明大体上涉及一种燃烧发动机，并且具体地关于一种由活塞和连接杆构成且适于在高温下工作的组件。

背景技术

用于燃烧发动机的燃烧室和活塞的设计一方面已经主要集中于减小实际的缸上和活塞上的负载，活塞具有相关联的活塞环、油环和在其中移动活塞销。这通常已经通过使用用于有效地将热从所述部分引导出且从而降低其工作温度的不同冷却布置来实现。目的已经在于减小部分上的实际温度负载，且减少由于不同的相对移动的协作部分的不同热膨胀程度引起问题，即，主要在活塞/活塞环与缸开孔之间。

另一方面，已经在尝试将燃烧发动机的燃烧室和活塞构造成使得燃烧工作可在没有副作用的情况下在很高的温度下执行。其目的在于已经通过减小热损失来提高发动机效率，且改善燃烧，且从而降低燃烧消耗，且一定程度上获得污染的减少。此升高的温度由于热膨胀现象而在其它情况下可引起对活塞和对其活塞环的破坏。为了避免此类问题，例如，已经提出了分开的活塞构造，其具有形成活塞冠且经历最高温度的部分与支承活塞环的活塞裙之间的隔热间隙。通过使用这些活塞部分之间的间隙，且通过在其中提供特殊密封件，有可能消除或至少抑制活塞冠部与其裙部之间的不同热膨胀的效果。通常，不同材料也用于这些部分，以便例如活塞冠部由钢制成且活塞裙由铝合金制成。

发明内容

因此，本发明的总体目的在于消除或至少减少上述问题。

本发明的更特殊的目的在于提供用于燃烧发动机的改进的活塞和连接杆组件，其适用于较高的工作温度。

本发明的其它特殊目的在于提供分别在此活塞和连接杆组件中使用的活塞和连接杆。

这些及其它目的通过如所附权利要求限定的本发明来满足。

本发明大体上涉及用于燃烧发动机且由活塞和连接杆构成的组件。活塞具有活塞冠、活塞裙和其容纳活塞销的部分，借助于活塞销，活塞冠和活塞裙支承在连接杆上。在基本构造中，活塞裙具有完全闭合的底部部分，且在其用于容纳活塞销的部分中，其还具有密封后者的孔口。此外，活塞裙完全地包围活塞冠的底部部分，以及其容纳活塞销的部分。最后，连接杆具有在其面对活塞的端部中的叉形。

根据本发明的其它方面，其提供了适合的活塞和适合的连接杆，其分别适用于在根据本发明的活塞和连接杆组件中使用。

根据本发明的活塞和连接杆组件的基本构造提供了以下优点：

减小活塞冠与热发动机油之间的热传递；且从而

延长发动机油的使用寿命；

减少活塞下表面处的焦化现象；

通过更完全燃烧减少燃料消耗；以及

组件的较少的构件部分。

本发明及其实施例的其它发展方案在从属权利要求中指出。

在阅读本发明的实施例的以下详细描述时，将容易认识到本发明的其它优点。

附图说明

本发明及其其它目的和优点将通过结合附图参照以下描述来最佳地理解，在附图中：

图1为根据本发明的具有连接杆的活塞的实施例的侧视图；

图2为根据本发明且如图1中所示的沿图1中指出的第一线A-A的穿过具有连接杆的活塞的纵截面；

图3示出了在沿穿过图1的连接杆的第二线B-B的区段中的根据本发明且如图1和图2所示的具有连接杆的活塞的实施例；以及

图4为从根据图1-3的活塞中的活塞冠的下方看的示意性透视图。

具体实施方式

本发明及其原理在下文中参照活塞和连接杆组件，以及分别用于此组件的活塞和连接杆的示例性实施例来阐释。这些实施例在附图的图1-4中示意性地部分示出，且涉及根据本发明的解决方案的基本原理应用于燃烧发动机的两个部分的活塞，这在其基本构造中是之前已知的。所示的构造作为此申请的实例来给出，且应当强调的是，图示具有公开优选实施例的唯一目的。因此，它们不旨在将本发明限于特定应用，或限于附图中所示的细节。

回头参看介绍论述，很清楚的是，由旨在以升高温度工作的发动机引起的许多问题都取决于热膨胀现象、焦化问题和由此引起的效果。本发明针对通过提出新的活塞和连接杆组合来找出这些问题的解决方案，这以全新的方式允许了排热和焦化问题。基本上，这些解决方案涉及保护活塞的最热部分(即，活塞冠且尤其是其下侧)免于接触发动机中的油。这些解决方案的基本特征在于活塞裙的下侧具有有效地保护活塞冠的下侧的闭合的底部部分的特定构造。

如上文提到那样，附图示出了用于燃烧发动机且由活塞2和连接杆17构成的组件1。活塞2为两部分类型，其中活塞冠3和活塞裙4由单独的部分构成。活塞冠3和活塞裙4两者都分别具有支承部分10和14，以用于容纳活塞销6，活塞销6在附图中示意性地示出。借助于活塞销6，活塞冠3和活塞裙4旨在关于连接杆17枢转地支承，连接杆17在附图中仅部分地示出。此活塞2尤其适用于在具有较高工作温度的发动机中使用。这部分地归因于其允许在经历最高温度的冠3和在其外圆周处具有用于容纳常规的未明确示出的活塞环的凹槽5的裙4中使用不同的特殊改变的材料。如上文指出那样，各种部分的不同材料可例如由冠3中的钢和裙4中的铝合金构成。不同部分之间的间隙8(间隙借助于适合的密封布置7密封)还有助于组件1的耐热性。密封的间隙8确保经历最高温度的活塞冠3的热膨胀不传递至活塞裙4。这很重要，以免使活塞环过载。通过使活塞冠3的温度移动到间隙8中，将有可能防止密封地接合发动机的发动机缸壁(未示出)的活塞环抵靠该缸壁卡住或堵塞。

活塞冠3基本上由大体上盘形的上部9构成，其继续到其部分10中以用于容纳活塞销6，这继而又不间断地继续到向下的完全闭合的底部部分12。活塞冠部10优选为密封地支承在活塞销6上，活塞销6借助于横向地延伸穿过其间的通孔11容纳在其中。为了避免由温差引起且由轴承游隙构成的问题，活塞冠3例如通过压配合连接来连接到活塞销6上。还尤其从图2-4中进一步清楚的是，在所示的实例中，用于容纳活塞销6的活塞冠部分10也基本上形成为具有普通的圆柱形，其具有小于其上盘形部分9的直径的直径。圆柱形的相对侧上的部分被除去，使得在截面中容纳活塞销6的活塞冠3的部分10具有大体上矩形的形状，其具有对应于圆柱形的外圆周的圆形短侧。开孔11形成为横向地穿过部分10，且通向由圆柱形的除去部分形成的侧部。

活塞冠4基本上由上部13构成，上部13向上完全开启，具有普通的圆柱形，且在其外圆周处具有所述活塞环凹槽5。上部13不间断地继续到活塞裙4的部分14中以用于容纳活塞销6，且然后进入向下完全闭合的底部部分15。所有这些活塞裙4的部分以及所有所述活塞冠3的部分优选为形成为单件。活塞销6的支承部分14从而构造成具有延伸穿过活塞裙4的外壁的孔口16，以用于密封活塞销6，且提供成在直径方向上彼此相对。用于活塞销6在活塞裙4中的支承或枢接可以以任何常规且技术人员公知的方式来构造，相对于周围的未示出的缸中的发动机油来固定向外的密封件。因此，其已经在附图中明确示出。正如活塞冠3，用于容纳活塞销6的活塞裙4的部分14基本上形成为具有普通圆柱形，其在此情况下与上部13相同。圆柱形的相对侧上的部分也在这里除去，以便在截面中容纳部分14的活塞销6具有大体上矩形形状，其具有对应于圆柱形的外圆周的圆形短侧。

此外，具有其活塞销6容纳部分14及其闭合的底部部分15的活塞裙4完全地包围活塞冠3的底部部分12以及其活塞销6容纳部分10。从而有效地防止来自发动机的油接触不同的活塞冠3的零件和部分，且通过它们防止过热。具体而言，活塞裙4的部分13,15和部分14适于活塞冠3的对应部分9,12和部分10的形状。当安装在活塞销6上时，活塞冠3和活塞裙4形成其间的不间断或连续的隔热间隙8。间隙8形成在活塞冠3的上部9、用于容纳活塞销6的其部分10和其闭合的底部部分12的外表面与活塞裙4的上部13、其用于容纳活塞销6的部分14及其闭合的底部部分15的内表面之间。因此，间隙促进了相对于活塞冠3的底侧的隔热，活塞冠3的底侧一般是活塞2的最热表面。因此，活塞冠3与活塞裙4材料之间的热传递不会出现，或可至少较大地减少。

在活塞裙4的上部13的上区域处，活塞冠3与活塞裙4之间的间隙8优选为借助于密封件7密封，密封件7支承在活塞冠3的活塞销6容纳部分10的外表面处凹槽中。尽管活塞冠3与活塞裙4之间的间隙8在附图中示为具有一定宽度，但很明显的是，取决于应用，该间隙8可构造成具有大于或小于所示的宽度。例如，较宽的间隙可用于很高的工作温度，以便有效地防止热从活塞冠3传递至活塞裙4。 另一方面，当有限的空间在活塞2中可用时，较窄的间隙是可能的，且还为了减少活塞冠与活塞裙之间的非期望的移动。如论如何，间隙可适于在活塞冠的上部与活塞裙的上部之间在顶部处比其下部处更窄。

从图1-3中清楚的是，组件1使用特殊构造的连接杆17，其具有在其面对活塞2的端部19处的叉形。 叉形由两个间隔开的叉刺21,22形成，其从在附图中部分地示出的连接杆17的主要部分20开始。主要部分20的相对端部在这里未示出，但具有用于轴承支承(journal)在同样未示出的曲轴上的很常规的结构。在实例中，叉刺21,22由两个间隔开的耳部构成，各个均具有用于支承活塞销6的大致中心开孔18。在组装状态中，叉刺/耳部21,22从相对侧抓住活塞裙4的闭合的底部部分15，以及容纳和密封活塞销6的其部分14。在此情况下，具有面对活塞2的其叉形端部19(即，具有间隔开的叉刺/耳部21,22的端部)的连接杆17也从相对侧抓住活塞冠3的闭合的底部部分12和容纳和密封活塞销6的其部分10。活塞销6分别在活塞冠3和活塞裙4中完全延伸穿过对准的开孔11,16，且至少部分地穿过叉形端部19的间隔开的叉刺21,22中的开孔18。

活塞2的部分中的材料的选择部分地取决于预期的应用，但如上文提到那样，活塞冠3应当大体上由钢或另一耐热材料制成，而活塞裙4可有利地包含较轻的材料，如铝。此外，如所示实施例中那样，活塞冠3可为同质的。在活塞冠3或具体是其部分10期望减轻重量的应用中，且一定程度上，其底部部分12可作为备选具有中空形状。

利用此创造性活塞和连接杆组件1，实现了设定目标，即，保护活塞2且具体是活塞冠3的底侧免于"焦化"，即，油到达其上且烧伤。 利用该构造，活塞2的工作温度还可升高，这提供了改善的燃烧和较低的燃料消耗。由于发动机中的油不会冷却活塞2的最热部分，即，活塞冠3，故发动机油还可在延长的操作小时数期间保持其质量。通过借助于其支承部分14将活塞裙4配合到活塞销上，支承部分14在组装状态中将后者密封地连接到活塞销6上，且尤其还可保护支承在实际活塞冠3和活塞裙4中的其部分免于热油的影响。其目的同样在于有效地密封，以便热油不可进入活塞裙4与活塞冠3的底侧之间的间隙8中。

在备选但并未在本发明中明确示出的实施例中，可使用其不同的所示部分的变型或改型，而并未脱离本发明的范围。首先，本发明不限于两部分活塞的所示和所述的示意性设计。尽管目前可认为是本发明将在明确旨在在较高温度下操作的发动机中具有其主要应用领域，但本发明在其最宽的范围中还覆盖此活塞的变型和改型，其中其特性化特征提供与上文所述的那些相同的基本功能和优点。该实例可为活塞冠和活塞裙的互补的相互配合部分的另一个构造。

尽管已经具体参照旨在明确用于重型车辆的相对低速的四冲程发动机的应用公开了本发明，但本发明应当决不限于此类具体应用。因此，本发明的基本原理可应用于其它类型的发动机和用于其它类型的车辆。

已经结合实施例描述了本发明，该实施例是目前认为是最实用且适合的，但应当理解的是，本发明不限于公开的实施例。其还覆盖本文所示和/或所述的特征的任何实际上可行的组合，且因此旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改型和等同布置。

Claims (9)

1.一种用于燃烧发动机的组件(1)，所述组件(1)由活塞(2)和连接杆(17)构成，由此所述活塞包括活塞冠(3)、活塞裙(4)和两者用于容纳活塞销(6)的活塞销容纳部分(10,14)，借助于所述活塞销(6)，所述活塞冠和所述活塞裙旨在枢转地支承在所述连接杆(17)上，其特征在于：

a)所述活塞裙具有完全闭合的底部部分(15)；

b)所述活塞裙在其活塞销容纳部分(14)中具有密封所述活塞销的孔口(16)，但除孔口之外完全地包围所述活塞冠的底部部分(12)以及所述活塞冠的活塞销容纳部分(10)；以及

c)所述连接杆具有面对所述活塞的叉形端部(19)。

2.根据权利要求1所述的组件(1)，其特征在于，所述连接杆(17)在具有间隔开的叉刺(21,22)的面对所述活塞的叉形端部(19)中从相对侧抓住所述活塞裙(4)的闭合底部部分(15)和所述活塞裙(4)的活塞销容纳部分(14)。

3.根据权利要求2所述的组件(1)，其特征在于，在所述组件的组装状态中，所述连接杆(17)在具有所述间隔开的叉刺(21,22)的面对所述活塞的其叉形端部(19)中从相对侧还抓住所述活塞冠(3)的闭合的底部部分(12)以及所述活塞冠(3)的活塞销容纳部分(10)，以及其中所述活塞销完全延伸穿过所述活塞冠(3)的活塞销容纳部分(10)且穿过所述活塞裙(4)的活塞销容纳部分(14)，且至少部分地穿过所述连接杆的叉形端部(19)中的间隔开的叉刺(21,22)。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的组件(1)，其特征在于，连续隔热间隙(8)形成在所述活塞冠(3)的上部(9)、其活塞销容纳部分(10)和其闭合的底部部分(12)的外表面与所述活塞裙(4)的上部(13)、其活塞销容纳部分(14)和其闭合的底部部分(15)的内表面之间。

5.根据权利要求4所述的组件(1)，其特征在于，密封件(7)支承在所述活塞冠(3)的外表面处，以用于密封活塞冠与活塞裙(4)之间的所述间隙(8)。

6.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的组件(1)，其特征在于，所述活塞冠(3)同样具有底部部分(12)，其完全地闭合且在所述活塞冠(3)的活塞销容纳部分(10)中具有通孔(11)，所述通孔(11)横向的延伸穿过其间，且密封容纳在其中的所述活塞销。

7.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的组件(1)，其特征在于，所述活塞冠(3)为均质的，或者在其底部部分(12)中和在其活塞销容纳部分(10)中具有至少部分中空的形状。

8.一种用于根据权利要求1至权利要求7中任一项所述组件(1)的活塞(2)，具有活塞冠(3)、活塞裙(4)和两者用于容纳活塞销(6)的活塞销容纳部分(10,14)，借助于所述活塞销(6)，所述活塞冠和所述活塞裙旨在枢转地支承在连接杆(17)上，其特征在于：

a)所述活塞的活塞裙具有完全闭合的底部部分(15)；以及

b)所述活塞裙的闭合底部部分不间断地继续到所述活塞裙的活塞销容纳部分(14)中，所述活塞裙的活塞销容纳部分具有孔口(16)，其密封所述活塞销，但除孔口之外完全地包围所述活塞冠的底部部分(12)以及所述活塞冠的活塞销容纳部分(10)。

9.根据权利要求8所述的活塞(2)，其特征在于，所述活塞冠(3)同样具有底部部分(12)，其完全地闭合且不间断地继续到所述活塞冠(3)的活塞销容纳部分(10)中，所述活塞冠(3)的活塞销容纳部分(10)具有横向地延伸穿过其间且密封容纳在其中的所述活塞销的通孔(11)。