CN109386398A - 抗疲劳性活塞碗边缘 - Google Patents

Abstract

具有改进的碗几何形状的活塞包括活塞主体，该活塞主体具有大致平坦的冠部和从该冠部延伸的裙部。燃烧碗的椭圆形或者多凸耳形碗边缘凹进冠部使得碗边缘的侧边设置有增加的材料以抵抗疲劳，该疲劳沿着销平面，任选地沿着推力/止推平面，以及一般任选地沿着销平面和推力/止推平面之间的其他平面。

Description

抗疲劳性活塞碗边缘

技术领域

本公开涉及用于内燃机的活塞，且更具体地涉及活塞碗几何形状。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

圆形活塞碗通常用于内燃机，其中活塞冠部自身形成燃烧室。随着活塞上升进行压缩冲程，活塞碗控制空气和燃料的运动。在发生燃烧之前，空气和燃料旋入活塞碗内部的涡流，从而产生更好的混合物。通过影响空气/燃料混合物，可以实现更好和更有效的燃烧，形成更大的功率且燃料经济性得以优化。

由于锐边效应和位于燃烧室内的位置，碗边缘是活塞的较高温度区域。对应于铝活塞中的销平面和推力/止推平面，由于张力和压缩中的交替疲劳而造成的热机械疲劳可以集中在碗中和碗边缘上。在钢活塞中，氧化形成过程通常集中发生在碗中以及碗边缘上金属温度最高的地方。

为了降低活塞、活塞碗和碗边缘的温度以及进行冷却，在一些活塞中，可以在进入/排出端口油冷却沟。油冷却流从底部活塞侧供应，通过入口端口进入，在活塞冷却沟中循环，并从出口端口离开。

因此，期望使活塞在碗边缘区域强度更高，碗边缘区域的强度是更为关键的，因为在用于内燃机的活塞中，高温疲劳主要沿着带有最佳碗边缘形状和油沟形状/路径的推力/止推平面和销平面。

发明内容

本部分提供了本公开的内容概要，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开提供了具有改进的碗几何形状的活塞。活塞包括活塞主体，该活塞主体具有大致平坦的冠部(带有可选阀套)和从冠部延伸的裙部。椭圆形或者多凸耳形燃烧碗凹进冠部使得燃烧碗的侧边设置有增加的材料以抵抗疲劳，该疲劳沿着销平面，以及任选地沿着推力/止推平面，任选地沿着推力/止推平面和任选地沿着碗边缘应力集中区域(对于铝合金活塞而言)或者沿着氧化集中区域(对于钢合金/其他金属活塞而言)。

从本文提供的描述中，其他应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和特定实例仅为了说明目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅为了举例说明选定实施例，而不是为了说明所有可能的实施方式，且不旨在限制本公开的范围。

图1A和1B是根据本公开的原理的活塞的横截面透视图；

图2是根据本公开的原理具有燃烧碗的活塞的俯视图；

图3A是根据本公开的原理具有备选燃烧碗的活塞的俯视图；

图3B是根据本公开的原理具有备选燃烧碗的活塞的俯视图，且

图4是根据本公开的原理的活塞的油沟的示意图；以及

图5是根据本公开的原理的活塞的备选油沟的示意图。

在所有的附图中，相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述实例性实施例。

提供实例性实施例，从而使得本公开达到详尽透彻的效果，并向本领域技术人员充分传达保护范围。给出了许多特定细节，诸如特定部件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施例的全面理解。本领域技术人员将清楚，不需要运用这些具体细节，实例性实施例可以以许多不同的形式来实现而也不应被解释为对本公开范围的限定。在一些实例性实施例中，不再详细地描述众所周知的过程、众所周知的装置结构以及众所周知的技术。

本文所使用的术语仅用于描述特定实例性实施例的目的，且不旨在限制。如本文所使用，单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在包括复数形式，除非上下文明确指出。术语“包含”、“包括”和“具有”是指包含并且因此说明所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或其组合的存在或添加。本文所述的方法步骤、过程和操作不应被认为是必须要求它们以所讨论或所示的特定顺序执行，除非具体指出了执行的顺序。还应当理解，可以应用附加或替代的步骤。

当提及一个元件或层在另一元件或层“上”，“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，它可以是直接在该另一元件或层上，接合、连接或联接到另一元件或层，或者可以存在中介元件或层。相反地，当提及一个元件“直接在另一元件或层上”，“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可以不存在中介元件或层。用于描述元件间关系的其它词汇应当以相似的方式来解释(例如，“在……之间”相对“直接在……之间”，“邻近”相对“直接邻近”等等)。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项目的任何和所有组合。

虽然术语第一、第二、第三等在本文可以用来描述各种元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应当被这些术语所限定。这些术语可仅用以将一个元件、部件、区域、层或区段与另一元件、部件、区域、层或区段区分开。当在本文使用时，术语诸如“第一”、“第二”以及其它数字项并不意味着顺序或次序，除非上下文明确指出。因此，下文所论述的第一元件、部件、区域、层或区段可以称为第二元件、部件、区域、层或区段，而不背离实例性实施例的教导。

在本文可以使用空间相对术语诸如“内部”、“外部”、“之下”、“下方”、“下面”、“上方”、“上面”等来方便描述以描述一个元件或特征与另外的元件或特征的关系，如图所示。空间相对术语可以旨在包括除了图中描绘的方位之外的在使用或操作中的设备的不同方位。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将然后被定向为在其它元件或特征的“上方”。因此，实例性术语“下方”可以包含上方和下方两个方向。设备可以另外得以定向(旋转90度或者处于其它方位)，并且本文使用的空间相对描述语应得以相应地解释。

首先参照附图的图1A和图1B，活塞10的横截面视图，该活塞10适于沿着中心轴线12往复地被接纳在汽缸中，如本领域所知。活塞10通常具有中心位于轴线12上的圆柱形形状，且包括冠部14、带有活塞环凹槽18的环形带16，和从该环形带16轴向延伸的一个或多个裙部20。裙部20大致沿着活塞的推力侧延伸。冠部14具有大致平坦的上表面22(其可任选地包括阀套)，该上表面22从侧壁24向内延伸并大致限定活塞10的顶部。燃烧碗26包括从平坦表面22向下延伸的碗边缘28，该平坦表面22可任选地中心位于中线轴线12上。如本领域所知，活塞10由活塞销30支撑，该活塞销30将活塞10连接到连接杆(未示出)。活塞销30具有活塞销轴线32，该活塞销轴线32设置在图1的横截面视图沿着其垂直地切割穿过活塞10的中心的垂直的活塞销平面内。推力/止推轴线40(见图2)垂直于活塞销轴线32。

参照图2，燃烧碗边缘28可以是椭圆的形状，该椭圆具有沿着垂直于活塞销平面34延伸的主轴36的较大宽度尺寸D1和沿着平行于活塞销平面34延伸的短轴38的较小宽度尺寸D2。因此，冠部表面14沿着平行于活塞销平面34的方向在燃烧碗边缘28的相对侧上具有增加的宽度W2(即，增加的材料)。如图1所示，碗侧壁40在碗边缘28下方加宽以限定大致遵循圆形轮廓或者边缘28轮廓的底切区域。活塞碗26的底表面42可以被构形以具有凸起的中心区域44。隆起的中心区域44可以相对于燃烧碗26的最底表面42凸起。因此，燃烧碗26可以遵循圆形碗基部41路径(围绕活塞轴线12)或者可以遵循椭圆形形状。

作为椭圆形燃烧碗26的替代，如图2所示，活塞110可包括带有从平坦冠部表面22延伸的碗边缘128的燃烧碗126，如图3A所示。碗边缘128可以设置有沿平行于活塞销轴线32的方向向内延伸的两个相对的凸耳130(即，具有减小的直径的燃烧碗边缘的区域)以便沿平行于垂直活塞销平面34的方向在燃烧碗边缘128的相对侧上为冠部表面114提供增加的尺寸(即，增加的材料)。因此，燃烧碗边缘128具有沿着垂直活塞表面的最大直径尺寸和可以沿着燃烧碗边缘的其余部分或其余部分的一部分设置的较大最大直径。

另外，如图3B所示，活塞110’的燃烧碗边缘128可以设置有沿垂直于活塞销轴线的方向向内延伸的额外的凸耳132以便沿着平行于垂直活塞销平面34的方向以及沿着垂直于推力-止推平面中的垂直活塞销平面34的方向在燃烧碗边缘128的相对侧上为冠部表面114提供增加的材料(即，增加的尺寸)。因此，燃烧碗126可遵循圆形碗基部路径(围绕活塞轴线12)或者可具有沿着两组凸耳的最小直径尺寸，该两组凸耳沿着活塞销垂直平面并沿推力-止推平面的方向垂直。额外的多个凸耳还可以存在于活塞销平面和推力-止推平面之间的其他活塞平面的对应部件中。

参照图1、图2和图4，活塞10可包括内部油沟50，该内部油沟50遵循椭圆形燃烧碗边缘轮廓和/或碗侧壁轮廓用于冷却活塞10。如图3所示，内部油沟可遵循多凸耳燃烧碗126的轮廓。油沟50可以通过铸造插入件形成。如图4所示，油沟形状50可以维持沿着整个路径的相同部分，该整个路径遵循燃烧碗边缘路径。可选地，如图5所示，油沟底部部分50A沿着该路径可改变形状，同时遵循围绕活塞轴线12的圆周路径，而沟顶端部分50B遵循燃烧碗边缘路径28/128的轮廓。

已经提供实施例的前述描述用于示例和描述目的。并不旨在穷举或者限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，但如果合适的话，可进行互换并可以用于选定实施例，即使未具体示出或描述。相同元件或特征可以以许多方式改变。这种变型不能视为脱离本公开，而是所有这种修改旨在包括在本公开的范围内。

Claims (7)

1.一种用于发动机的活塞，其包括：

活塞主体，其具有大致平坦的冠部和从所述冠部延伸的裙部；和

燃烧碗，其凹进所述冠部并具有碗边缘最大直径区域和比所述最大直径区域小的最小直径区域，所述最小直径区域沿着与活塞销轴线平行的轴线，其中所述冠部沿着与所述活塞销轴线平行的方向在所述碗边缘的相对侧上具有增加的材料。

2.根据权利要求1所述的活塞，进一步包括设置在所述活塞中的油沟，其至少部分地遵循所述碗边缘的轮廓。

3.根据权利要求2所述的活塞，其中所述油沟具有遵循所述碗边缘的所述轮廓的上部部分和遵循圆形轮廓的底部部分。

4.根据权利要求1所述的活塞，其中所述燃烧碗的底部具有隆起的中心区域。

5.根据权利要求1所述的活塞，其中所述碗边缘包括限定所述最小直径区域的第一对凸耳，所述最小直径区域沿着与所述活塞销轴线平行的所述轴线。

6.根据权利要求5所述的活塞，其中所述碗边缘包括限定额外的最小直径区域的第二对凸耳，所述额外的最小直径区域沿着与所述活塞销轴线垂直的轴线。

7.根据权利要求1所述的活塞，其中所述碗边缘包括限定沿着多个轴的多个最小直径区域的多对凸耳。