CN105849443B - 具有通道的无销活塞 - Google Patents

Abstract

一种活塞组件，具有活塞构件和连杆。所述活塞构件具有结合在一起的顶部部分和在下的部分，两部分之间形成有一冷却通道。连杆具有一球端，其设置于活塞构件中的插口中。在一个实施例中，球端可具有两个扁平的表面并由C型夹保持在适当的位置。在另一实施例中，球端为筒形的，插口具有相应的形状。

Description

具有通道的无销活塞

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2013年9月16日的美国临时申请序列No.61/878,507以及提交于2014年9月16日的美国实用申请序列No.14/487,498的优先权，其通过全文引用并入本申请。

技术领域

本发明通常涉及内燃发动机，且更特别地涉及用于内燃发动机的活塞和连接构件。

背景技术

已知内燃发动机具有活塞和连杆组件，其需要使用曲柄销用于可操作地将连杆的小端连接至活塞。特别地，已知活塞结构包括一活塞主体，活塞主体具有一对销壳，从主体顶部向下延伸至一对轴向对齐的销孔，所述销孔相互之间横向间隔开。为了将旋转运动转化为活塞的直线运动，连杆的大端连接至发动机的曲柄轴，连杆的小端接纳于销壳之间，用于通过曲柄销可操作地连接至活塞。为了有助于减小曲柄销和销孔之间的摩擦，已知将径向轴承插入销孔内。尽管这些活塞和连杆组件已被广泛接受和使用，但是人们仍持续不断地投入以实现某些目标，例如，减小重量、提升制造效率以及降低部件成本。

不需要连杆和活塞主体之间的曲柄销连接的活塞是已知的。这些活塞结构直接将活塞主体连接至连杆。活塞具有一凸台(boss)，从活塞主体的顶部向下延伸，凸台中形成有单个孔，具有筒形或球形的套(pocket)。构造连杆通常以与常规活塞相同的方式，一柄延伸至小端。但是，所述小端没有设置一曲柄销孔，而是具有一从所述柄的侧面横向向外延伸的外表面，以提供一筒形或球形的表面，用于容纳在所述孔套中。

根据本发明构造的活塞，不需要曲柄销，除了那些对于活塞组件领域的技术人员来说很容易想到的以外，还进一步推进了实现以上所述的目标。本发明还有一个目的是提供改进的钢活塞，其重量相对较轻(即质量更小)且能够充分冷却防止过热。

发明内容

一种活塞和连杆组件，包括沿一中心轴延伸具有在上的顶部的活塞主体和沿所述中心轴从所述顶部向下延伸的凸台。所述凸台具有相对的侧面，所述侧面沿中心轴的相对的侧面延伸至一自由端，以及一用于容纳连杆的小端的套。所述凸台进一步包括一延伸通过自由端进入套中的开口。所述组件进一步包括一连杆，其终止于一小端，具有球型的形状，配置为用于容纳于所述套中以及具有一柄，延伸至另一端，配置为用于可操作地连接至曲柄轴。

所述活塞采用钢材料制成，提供了强度和耐用性，比非钢活塞能够承受更高的温度和压力。所述活塞制造为两部分，在上的顶部部分和在下的凸台或主体部分。所述部分的其中一个或二者可采用锻造或等同的制造工艺制造。在上的顶部部分包含燃烧室整体或一部分，且可包含侧壁部分上的环形槽中的一个或多个。在下的主体部分包含侧壁且可包含环形槽中的一个或多个。

两部分永久性地结合在一起，例如通过摩擦焊接或者感应焊接。一冷却通道设置于顶部部分和主体部分之间。流通进入和通过冷却通道的油保持防止在上的顶部部分及其边缘过热。

在组装根据本发明的一个实施例的活塞和连杆的过程中，将球端从凸台的下开口端插入，从连杆的操作位置旋转90°。这使得球端的扁平部分能够进入套。然后将杆旋转90°至其操作位置。一对C型夹安装至适当的位置，防止活塞相对于杆旋转。

本发明的另一实施例包括一连杆，所述连杆具有在上端或小端的筒形构件，以及一活塞构件，所述活塞构件具有筒形的插口。在该实施例中，通过横向于连杆的纵向方向将小端滑动至插口中将所述连杆连接至活塞构件。

根据本发明制造的一种活塞和连杆组件，除了那些对于活塞领域的技术人员来说很容易想到的之外，其减少了活塞组件中部件的数量、减小了活塞组件的受压高度、减小了活塞组件的往复质量以及提供了具有长使用寿命的活塞组件和相关的部件。

当根据附图和所附权利要求考虑本发明的以下描述时，本发明的其它特征和细节将变得显而易见。

附图说明

考虑到对以下优选实施例、所附权利要求和附图的具体描述，本发明的这些和其它方面、特征和优势对于本领域的技术人员来说将变得显而易见。

图1为根据本发明的一种活塞和连杆的一个具体实施例的部分剖开透视图。

图2为本发明如图1中所示的具体实施例的横截面视图；

图3为本发明如图1中所示的具体实施例的横截面视图；

图4为图3中所示实施例的横截面视图，所述横截面为沿图3中的直线4-4和在箭头的方向上所取的。

图5为根据本发明的一种活塞和连杆的图1的具体实施例的另一透视图。

图6、7和8所示为本发明可选的实施例。

具体实施方式

参照附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相应的部分，所示为一种活塞和连杆组件10。该组件10仅为本发明的一个具体实施例，不应视为本发明唯一的实施方式。本发明仅受到最终在专利中公告的权利要求的范围的限制，不受附图中所示或者以下描述中具体描述的任何特征或细节的限制。

组件10包括活塞30和连杆20。活塞30具有中心细长轴40。连杆20也具有中心细长轴50。当连杆垂直于活塞时两轴对齐，如图3中所示。

在附图中，图1为组件10的具体实施例的部分剖开透视图。该图具有一剖开部分以便更清晰地显露出活塞和连杆的连接。图2和3为图1中所示的具体实施例的横截面视图，所取的两个横截面相互之间成90°。图4为沿图3中的直线4-4所取的横截面视图，从活塞的底部朝向顶部向上观察。图5为图1的实施例通常从活塞的底部观察的组件10的透视图。

连杆20用于将活塞连接至发动机(未显示)的曲柄轴。连杆具有一大端(未显示)，其将杆连接至曲柄轴。连杆的大端与现在众所周知的连杆相同或相似，此处不需要任何进一步的描述。

连杆20的上端或小端22示于图1-3和图5中。小端22也称为连杆的“球端”。球端22具有两个扁平的侧面24和26，以及在两个扁平的侧面之间的球形部分28。连杆20还优选地具有在连杆20的主杆21和球端22之间的窄“颈型”部分29。

连杆20通常采用钢或耐用金属材料制成，且可通过机械加工、锻造、动力金属工艺制成，这些在工业中都是已知的。

活塞构件30由两部分制成，在上部分或顶部部分32和在下部分或主体部分34。主体部分也称为裙部。两部分都采用钢材料制成且优选地通过锻造工艺制成。根据需要对两部分32和34机械加工和精加工，然后永久性地结合在一起以形成活塞构件30。两部分优选地通过摩擦焊接或者感应焊接结合在一起。图1-3中所示的弯曲的尾部36通常采用摩擦焊接工艺。

当顶部部分32和主体部分34结合在一起时，一冷却通道60形成于活塞构件30中。冷却通道的在上的部分62形成于顶部部分32中，在下的部分64形成于主体部分34中。在所示的具体实施例中，燃烧碗70也由两部分72和74形成，部分72和74包含于两活塞部分32和34中。在其它实施例中，燃烧碗可完全形成于顶部部分或者在下的部分中。

另外，在所示的具体实施例中，用于活塞环的槽80、81、82部分设置于两部分32和34的每一个中。可能在其它实施例中环形槽的全部都包含于顶部部分或裙部的一个或另一个中。

为了将顶部部分和在下的部分有效地摩擦焊接在一起，设置有配合环形表面92和94。特别如图2和3中所示。

一旦两部分结合在一起，就对外侧壁表面和燃烧碗表面进行机械加工，去除结合工艺中形成的尾料。冷却通道60中的弯曲的尾部36没有去除。

为了使冷却油能够引入冷却通道并且能够从其中排出，设置有开口100和102。这些通常在将活塞的两部分结合在一起之前钻孔或机械加工形成。这些也示于图4中。开口102为进入开口且如图所示具有椭圆的形状，特别是如果油喷嘴供给油从一角度喷射油。

当形成在下的部分时，其优选地具有两个相对的细长凸台构件110和120。这些优选地为中空的，通常为筒形构件，如图5中所示。对构件增加所需的结构和侧壁以形成活塞30，且构件主要为中空的以减小活塞的重量和质量。中空凸台构件110和120还允许进入冷却通道以形成油进开口100和油出开口102。

尽管在冷却通道中所示为两个开口用于引入和排出油，准确数量并没有严格要求。开口的数量、尺寸和形状也不需要与油进口和出口相同。

在优选的实施例中，所示冷却通道60为“关闭的”油通道。根据本发明的可选实施例也可能提供不具有底板构件的“开放的”通道。

在活塞30中设置多个槽120，以便从最下面的环形槽81排出油。这些显示于图4和5中。

活塞中来自连杆20的球端22的插口140(也称为“套”)在活塞的在下的部分34中进行机械加工，且正位于燃烧碗70下方。如图中所示，套为球形的，以便与球端上的弯曲表面28保持一致。当活塞组件10在发动机中使用时，在每个行程期间，球端在套中枢转。

设置有一对C型夹150、152，防止连杆20与活塞构件30分开。C型夹设置于槽151、153中，槽形成于在下的部分34中。也可采用其它方法固定和保持活塞主体中的连杆。

当活塞组件10组装后，连杆20从其操作位置纵向旋转90°，这样，球端就能够位于套140中。一旦球端22的端部位于套中，杆20就纵向旋转90°至其操作位置。如图1-3和图5中所示。之后，C型夹150、152安装在适当的位置，防止杆20相对于活塞构件30任何进一步的相对纵向旋转。

图6-8所示为本发明可选的实施例。图6为横截面视图，图7为沿图6中的直线7-7在箭头方向上所取的视图，以及图8为活塞的底部的视图。

活塞可选的实施例指定为附图标记200。活塞200不同于以上所述实施例的活塞10，主要在于冷却通道210的尺寸和结构。活塞200的其它特征，包括将两个锻造部分(顶部部分220和在下的主体部分230)结合在一起、为连杆的球型端提供套240、通过保持构件将球型端保持在活塞中，这些都与以上所述相同。

冷却通道210基本延伸凸台构件204和206的整个长度(高度)。冷却通道210的底壁240位于凸台构件204、206的下端处，其位于与顶部部分200和燃烧碗250的活塞的相对的端部处。

开口260和270在底壁240中制造，用于使冷却油进入冷却通道210或者从冷却通道210流出。这些基本与以上参照图1-5所述的开口100和102相同。

凸台构件204和206中的下壁240的位置使冷却通道210中的油能够在接触冷却通道的上表面之前达到较高的速度，所述上表面能够增强对油的冷却效果。

另外，由于冷却通道的下壁240位于接近裙部的底部，因此裙将更加坚硬。由于裙更加坚硬的底部，操作期间活塞更少震动。

将下通道壁设置于裙部的底部处或附近也有助于机械加工活塞。由于裙底部的偏差减小了，因此将能够实现更好的公差。

组件300包括活塞构件310和连杆320。

活塞构件310在如何形成的以及制造其所采用的材料方面与以上所述的活塞构件类似。活塞构件310也具有冷却通道312，所述冷却通道312基本与以上所述和所示的冷却通道相同，制造方法也相同。

活塞构件310不同于以上所述的活塞构件的方面在于其插口314(或者“套”)以及连杆320连接至其的方式。插口具有一开口，其为筒形且配合在连杆320的小端上的筒形球322。

连杆320具有细长的轴构件324，图中所示仅为其一部分，以及在其小端处的球构件322。所述球具有筒形的形状，如图中所示。

当将连杆320组装至活塞构件310时，将球构件322从侧面，也就是在横向于连杆的纵向方向的方向上插入插口314。球构件322仅部分插入插口中。

插口的下端315、316将连杆在纵向方向上保持在适当的位置。端部315、316延伸进入由连杆的颈部326形成的区域中。

优选地，筒形球322的两侧328具有一个或多个凹口或凹部330。凹口减小了连杆的重量和质量。

尽管已经参照优选实施例对本发明进行了描述，但是也能够理解本发明并不限于此，因为可以对其进行修改和变型，这都落入本发明的范围内，如以下权利要求书具体所述。

Claims (16)

1.一种活塞和连杆组件，包括：

一活塞主体，其具有在上的顶部构件和在下的主体部分，所述在上的顶部构件和在下的主体部分整体结合在一起，形成一体的活塞主体；

所述活塞主体具有形成于所述在上的顶部构件和所述在下的主体部分之间的冷却通道；

所述在下的主体部分具有整个活塞凸台，所述活塞凸台包括用于接纳连杆的球型套和一对槽；

所述连杆，其具有一球型端，所述球型端设置于所述套中；以及

进一步包括用于将所述连杆的所述球型端固定在所述套内并防止所述活塞主体绕所述连杆的纵轴旋转的紧固构件，其中所述紧固构件包括置于所述凸台的所述槽内的C型夹。

2.根据权利要求1所述的活塞和连杆组件，其中所述冷却通道包括闭合的通道。

3.根据权利要求2所述的活塞和连杆组件，进一步包括伸进所述冷却通道中的多个开口，用于油流入和流出。

4.根据权利要求1所述的活塞和连杆组件，其中所述连杆的所述球型端具有两个相对的平面表面和在其之间的第一弯曲表面。

5.根据权利要求4所述的活塞和连杆组件，其中所述凸台中的所述套具有形状对应于所述第一弯曲表面的第二弯曲表面。

6.根据权利要求1所述的活塞和连杆组件，其中所述球型端具有基本等于所述套的宽度的一宽度。

7.根据权利要求1所述的活塞和连杆组件，其中所述球型端具有一对平面表面，且适于首先设置于所述套中，与最终的操作位置成90°。

8.根据权利要求1所述的活塞和连杆组件，进一步包括在所述活塞主体中的多个活塞环形槽。

9.根据权利要求8所述的活塞和连杆组件，其中所述活塞环形槽的至少其中一个位于所述顶部构件中。

10.根据权利要求1所述的活塞和连杆组件，其中所述球型端为筒形。

11.根据权利要求10所述的活塞和连杆组件，其中所述球型端具有两个基本为平面的侧表面，以及一弯曲的、筒形外缘的外表面。

12.根据权利要求11所述的活塞和连杆组件，进一步包括在所述两个侧表面至少其中之一中的至少一个凹口。

13.根据权利要求11所述的活塞和连杆组件，进一步包括在所述侧表面的每一个中的至少一个凹口。

14.一种活塞，包括：

一活塞主体，其具有在上的顶部构件和在下的主体部分，所述在上的顶部构件和在下的主体部分整体结合在一起，形成一体的活塞主体；

所述活塞主体具有形成于所述在上的顶部构件和所述在下的主体部分之间的冷却通道；

所述在下的主体部分具有整个活塞凸台，所述凸台包括用于接纳连杆一端的球型套；以及

进一步包括邻近所述套的一对槽，所述槽适于接纳C型夹紧固构件，用于将连杆固定在适当到位并防止所述连杆绕活塞纵轴旋转。

15.根据权利要求14所述的活塞，其中所述冷却通道包括闭合的通道。

16.根据权利要求15所述的活塞，进一步包括伸进所述冷却通道中的多个开口，用于油流入和流出。