CN112601880B - 往复式活塞组合件、内燃机及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种活塞组合件，其包含：活塞头，其用于在引擎的气缸内往复运动；上杆，其在所述上杆的一个纵向端处耦合到所述活塞头且相对于所述活塞头固定；及下杆，其可旋转地耦合到所述上杆的相对纵向端，所述下杆经配置以围绕所述上杆的所述相对纵向端枢转。所述下杆经配置以在所述下杆的与所述上杆相对的纵向端处耦合到曲柄轴。本发明还揭示形成活塞组合件及并入此类活塞组合件的引擎的方法。

Description

往复式活塞组合件、内燃机及相关方法

交叉参考

本申请案主张2018年7月17日申请的美国临时专利申请案第62/699,113号及2019年6月7日申请的美国临时专利申请案第62/858,744号的申请日期的优先权，所述申请案中的每一者的全部揭示内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种内燃机，且更具体来说，涉及一种用于引擎中且用于将活塞头连接到引擎的曲柄轴的活塞组合件。

背景技术

目前在大多数车辆中发现的类型的常规内燃机包含多个活塞，其分别可移动地安装在引擎缸体中形成的多个气缸中。活塞中的每一者在活塞杆的第一端连接到活塞杆，且活塞杆在其第二端处连接到曲柄轴。此外，当引擎缸体内的火花塞点火以点燃燃料混合物时，活塞被向下驱动以转动曲柄轴，此最终驱动整个车辆。在典型的引擎中，使用单个连接杆，且连接杆用相应第一端与对应活塞连接，且用相应第二端与曲柄轴的对应部分连接。每一连接杆的两端与对应活塞和对应曲柄轴之间的连接点安置在相应连接杆的纵向中心轴的端部处。

发明内容

本发明的一些实施例可包含一种活塞组合件。所述活塞组合件可包含：活塞头，其用于在引擎的气缸内往复运动；上杆，其在所述上杆的一个纵向端处耦合到所述活塞头且相对于所述活塞头固定；及下杆，其可旋转地耦合到所述上杆的相对纵向端。所述下杆可经配置以围绕所述上杆的所述相对纵向端枢转。所述下杆还可经配置以在所述下杆的与所述上杆相对的纵向端处耦合到曲柄轴。

本发明的其它实施例可包含引擎，其包含一或多个气缸、曲柄轴及一或多个活塞组合件。每一活塞组合件可安置在相应气缸内。每一活塞组合件可包含：活塞头，其经调整大小及塑形以在所述引擎的所述气缸内往复运动；上杆，其在所述上杆的一个纵向端处耦合到所述活塞头且相对于所述活塞头固定；及下杆，其可旋转地耦合到所述上杆的相对纵向端，所述下杆经配置以围绕所述上杆的所述相对纵向端枢转。所述下杆可在所述下杆的与所述上杆相对的纵向端处可旋转地耦合到所述曲柄轴。

本发明的进一步实施例可包含一种形成活塞组合件的方法。所述方法可包含将上杆在所述上杆的第一纵向端处耦合到活塞头。所述方法可进一步包含相对于所述活塞头固定所述上杆的位置。所述方法还可包含将下杆可旋转地耦合到所述上杆的第二纵向端。所述方法可进一步包含将所述下杆可旋转地耦合到引擎的曲柄轴。

附图说明

为详细理解本发明，应结合附图参考下列详细描述，附图中，一般用相同元件符号指示相同元件，且其中：

图1是根据本发明的一或多个实施例的引擎内的活塞组合件的示意图；

图2A及2B展示图1的活塞组合件的各种视图；

图3是根据本发明的一或多个实施例的引擎内的活塞组合件的另一侧视图；

图4是根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件的上杆的透视图；

图5是图4的上杆的侧视图；

图6是根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件的轴头销的侧视图；

图7是根据本发明的一或多个实施例的连接器销的侧视图及正视图；

图8是根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件的上杆、轴头销及下杆的透视图；

图9是根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件的下杆的侧视图；

图10A是根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件的活塞头及上杆的透视图；

图10B是图10A的活塞头的仰视图；

图11到13是根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件及曲柄轴的各种视图；及

图14A到16D是根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件的上杆、下杆及活塞头的各种额外图示；

图17A到17D展示根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件的活塞头的各种视图；

图18A及18B展示根据本发明的一或多个实施例的处于分解配置中的活塞组合件的下杆的各种视图；

图19A及19B展示根据本发明的一或多个实施例的图18A及18B的下杆的上部分的各种视图；

图20A到20D展示根据本发明的一或多个实施例的图18A及18B的下杆的上部分的各种额外视图；

图21A到21F展示根据本发明的一或多个实施例的图18A及18B的下杆的下部分的各种视图；

图22A到22E展示根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件的上杆的各种视图；

图23A及23B展示根据本发明的一或多个实施例的下杆的对准套筒的各种视图；及

图24展示根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件的视图。

具体实施方式

本文呈现的说明并非任何内燃机系统、活塞组合件及其任何组件的实际视图，而仅仅是用来描述本发明的实施例的理想化表示。

如本文中使用，“一(a/an)”和“所述”后的单数形式希望也包含复数形式，除非上下文另有明确指示。

如本文所使用，关于材料、结构、特征或方法动作的术语“可”指示预期将其用于实施本发明的实施例，且此术语优先于更具限制性的术语“是”使用，以避免暗示与之组合的其它兼容材料、结构特征或方法应或必须排除。

如本文所使用，任何关系术语(例如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”“上”、“下”等)为清晰和方便起见用于理解本发明和附图，且不隐含或依赖于任何特定的偏好或顺序，除非上下文另外清楚地指示。例如，这些术语可指代常规定向中的活塞组合件或引擎的元件的定向。此外，这些术语可指代附图中说明的活塞组合件或引擎的元件的定向。

如本文中使用，参考给定参数、性质或条件的术语“大体上”在所属领域的技术人员将理解的程度上意指且包含在小变化程度下(例如，在可接受的制造公差内)满足给定参数、性质或条件。举例来说，取决于大体上满足的特定参数、性质或条件，参数、性质或条件可至少满足90.0％、至少满足95.0％、至少满足99.0％、或甚至满足99.9％。

如本文所使用，用于参考给定参数的术语“大约”包含所述值，且具有上下文规定的含义(例如，其包含与给定参数的测量相关联的误差程度，以及由制造公差引起的变化等)。

图1展示安置在引擎102内的活塞组合件100的示意性表示。图2A及2B包含图1的活塞组合件100的示意性透视图及示意性侧视图。一起参考图1到2B，活塞组合件100可包含活塞头104、上杆106、轴头销组合件107(例如，两个或更多个销锁、针形套筒轴承和轴头销(例如，腕销))、下杆108及连接器销组合件109。引擎102可包含气缸112、一或多个阀114和端口116(例如，进气阀和端口以及排气阀和端口)以及燃料喷射器118。引擎102的一或多个阀114及端口116可以常规方式定向。

活塞组合件100的活塞头104可安置在引擎102的气缸112内且可经配置以在使用期间来回往复运动(例如，在图1中描绘为向上及向下)。上杆106可在上杆106的第一纵向端处经由轴头销组合件107耦合到活塞头104，且可在上杆106的第二相对纵向端处耦合到下杆108。在一些实施例中，上杆106可靠近活塞头104的质心或在活塞头104的质心耦合到活塞头104。在一或多个实施例中，上杆106可在活塞头104的上表面与下表面之间居中且与活塞头104的中心纵轴122相交的点处耦合到活塞头104。在一或多个实施例中，轴头销组合件107的纵轴120可在垂直于活塞头104的纵轴122的方向上延伸且可与活塞头104的纵轴122相交。上杆106可相对于活塞头104固定。例如，上杆106可在使用期间不相对于活塞头104旋转及/或平移。下文关于图10A及10B更详细描述上杆106。

上杆106可在轴向方向上(例如，在平行于活塞头104的纵轴122的方向上)从活塞头104延伸到活塞头104下方(例如，在图1到2B中描绘的活塞头104下方)的区域。例如，上杆106的纵向长度可大于上杆106在其处耦合到活塞头104的点到活塞头104的最下表面的距离。此外，上杆106的纵轴可平行于活塞头104的纵轴122。鉴于上文，当上杆106耦合到活塞头104时，上杆106的下纵向端可定向于活塞头104下方。

如上文提及，上杆106可在与活塞头104相对的纵向端(即，上杆106的下纵向端)上耦合到下杆108。在一些实施例中，上杆106可经由连接器销组合件109耦合到下杆108。在一或多个实施例中，连接器销组合件109可包含技术中已知的任何轴头及/或腕销及相关联的组合件。参考图2B，在一些实施例中，下杆108可包含分叉部分130，且上杆106可包含连接器部分132，其经调整大小及塑形以装配在下杆108的分叉部分130内。连接器销组合件109可延伸通过下杆108的分叉部分130及上杆106的连接器部分132。再次一起参考图1到2B，在一些实施例中，连接器销组合件109的纵轴124可平行于轴头销组合件107的纵轴120且可与活塞头104的纵轴122相交。在替代性实施例中，连接器销组合件109的纵轴124可垂直于轴头销组合件107的纵轴120。

下杆108可相对于上杆106旋转。例如，下杆108可经配置以围绕连接器销组合件109及上杆106枢转。例如，连接器销组合件109可提供轴承，当活塞组合件100循环通过冲程(如下所述)时，下杆108可围绕所述轴承枢转。在一些实施例中，上杆106的纵向长度(即，中心到中心长度)与下杆108的纵向长度(即，中心到中心长度)的比可在约0.25到约0.65的范围内。例如，上杆106的纵向长度与下杆108的纵向长度的比可在约0.33到约0.57的范围内。例如，上杆106的纵向长度与下杆108的纵向长度的比可为约0.457。

另外，在一些实施例中，当活塞头104处于下止点时，上杆106的纵向长度(即，中心到中心的长度)与从上杆106与活塞头104的连接点(即，轴头销组合件107的中心纵轴)到曲柄轴126的中心纵轴128的距离的比可在约0.45到约0.85的范围内。例如，当活塞头104处于下止点时，上杆106的纵向长度与从上杆106与活塞头104的连接点到曲柄轴126的中心纵轴128的距离的比可在约0.60到约0.75的范围内。例如，当活塞头104处于下止点时，上杆106的纵向长度与从上杆106与活塞头104的连接点到曲柄轴126的中心纵轴128的距离的比可约为0.68。

下杆108可在下杆108与上杆106相对的纵向端耦合到曲柄轴126。曲柄轴126可包含常规曲柄轴。例如，曲柄轴126可将活塞头104的往复运动平移转换为旋转运动。如此项技术中已知，曲柄轴包含多个“曲柄行程”或“曲柄销”和多个轴承表面(例如，杆轴颈、连接杆轴颈等)，其轴线偏离曲柄轴126的中心纵轴128。下杆108可耦合到曲柄轴126的相应轴承表面。另外，下杆108可经由任何常规轴承耦合到曲柄轴126。此外，如所属领域的技术人员将了解，曲柄轴126的旋转轴128(即，中心纵轴)可平行于连接器销组合件109的纵轴124。

为了描述活塞组合件100的操作，典型钟面的小时位置(例如，12点钟、3点钟等)在本文中称为下杆108的下纵向端围绕曲柄轴126的旋转轴128的位置。例如，上述位置可指代下杆108的下纵向端的中心点及其相对于如图1所描绘的曲柄轴126的旋转轴128的位置，其中与下杆108相关联的活塞头104位于12点钟位置的上止点和6点钟位置的下止点，而与相关引擎及/或气缸的定向无关。

如下文进一步详细描述，相较于技术中已知的常规连接器杆，活塞组合件100的上杆106提供供下杆108连接到活塞头104的下连接点。特定来说，上杆106使下杆108能够围绕一个点枢转，所述点相对于活塞头104比常规连接器杆围绕其枢转的典型点更靠下。通过具有更靠下的连接点(即，更靠下的枢转点)，下杆108可比常规连接器杆更短且可降低下杆108的杆长。因此，将活塞头104从12点钟位置移动到6点钟位置及/或启动活塞头104从12点钟位置的移动所需的力可更小；此外，将活塞头104从6点钟位置移动到12点钟位置及/或启动活塞头104从6点钟位置的移动所需的力可更小。换句话说，与常规活塞组合件相比，曲柄轴126相对于下杆108的连接点的定向可向曲柄轴126提供对活塞头104在引擎102的汽缸112内的平移的更好的利用(即，更大的机械优势)。

通过减少将活塞组合件100从12点钟位置移动到6点钟位置及从6点钟位置移动到12点钟位置所需的力，本发明的活塞组合件100可减少活塞组合件100保持在12点钟和6点钟位置的趋势。例如，减少将活塞组合件100从12点钟位置移动到6点钟位置及从6点钟位置移动到12点钟位置所需的力可减少活塞组合件100保持在上止点位置或下止点位置中的趋势。在一些实施例中，与至少在12点钟和6点钟位置附近具有增加的阻力的常规活塞组合件不同，曲柄轴126可在曲柄轴126的全旋转过程中经历至少大体上一致的旋转阻力。特定来说，在旋转期间，与利用常规活塞组合件的曲柄轴所经历的峰值不同，曲柄轴126可不经历归因于活塞组合件100的旋转阻力峰值。

在一些实施例中，引擎102及活塞组合件100可包含四冲程引擎。例如，在使用期间，活塞组合件100可在转动曲柄轴126时完成四个单独冲程。换句话说，引擎102及活塞组合件100可循环通过典型的四冲程循环。

活塞组合件100可以进气冲程(例如，吸入冲程或吸气冲程)开始四冲程循环。如此项技术中已知，进气冲程以活塞头104定位在上止点开始，且以活塞头104定位在下止点结束。在进气期间，进气阀(例如，阀114)打开(归因于分配器凸轮的分配器凸轮凸角，如此项技术中已知)，且随着活塞头104在气缸112内向下移动，活塞头104通过经由活塞头104的向下运动在气缸112内产生真空压力而将空气混合物拉入气缸112中。另外，燃料喷射器118将燃料喷射到空气中以形成空气-燃料混合物。如上文提及，本发明的活塞组合件100可减小将活塞头104从12点钟位置移动到6点钟位置所需的力，且因此，可节省执行进气冲程所需的能量的部分(例如，在其它活塞组合件的动力(即，燃烧)冲程期间来自使曲柄轴126旋转的其它活塞组合件的能量)。如所属领域的技术人员将了解，减少执行进气冲程所需的能量的量将导致更多的能量可用于引擎102的其它操作(例如，用引擎102操作车辆)。因此，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件100可提供更有效率的引擎。

在进气冲程之后，活塞组合件100开始压缩冲程。压缩冲程以活塞头104定位在下止点开始，且活塞头104定位在上止点结束。在压缩冲程期间，活塞头104压缩空气-燃料混合物以准备在动力冲程期间点燃(如下文所述)。此外，在压缩冲程期间，进气阀和排气阀(例如，阀114)关闭。如上所述，本发明的活塞组合件100减小将活塞头104从6点钟位置移动到12点钟位置所需的力，并且因此可节省压缩冲程期间所需的能量的部分。如所属领域的技术人员将了解，减少执行压缩冲程所需的能量的量将导致更多的能量可用于引擎102的其它操作。

在压缩空气-燃料混合物并到达上止点时，活塞组合件100可开始动力(即，燃烧或点燃)冲程。当活塞头104接近上止点时，空气-燃料混合气被点燃器(例如，火花塞、电热塞等)或高压缩产生的热量点燃(例如，柴油机)。点燃空气-燃料混合物会引起爆炸，此迫使活塞头104返回到下止点。如此项技术中已知，动力冲程从引擎102产生机械功以旋转曲柄轴126。例如，动力冲程可经由涉及活塞组合件和曲柄轴的常规方法产生机械功。

如上文所述，本发明的活塞组合件100减小从6点钟位置移动或从12点钟位置移动活塞头104所需的力。因此，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件使空气-燃料混合物能够更接近12点钟位置或在12点钟位置点燃。例如，常规活塞组合件通常具有在10点钟位置与12点钟位置之间的点燃位置，以便提供旋转通过12点钟位置所需的力。此外，如所属领域的技术人员将理解，使空气-燃料混合物更接近12点钟位置或在12点钟位置(且不显著更早)点燃允许更长的停留时间(例如，分配器凸轮旋转的更大的停留角(即，即断路器闭合并且启动器被充电的更长的时间--以分配器凸轮旋转度表示))。通过增加停留时间，本发明的活塞组合件100可减少分配器凸轮的凸轮凸角的突变，且可使进气阀和排气阀(例如，阀114)能够在活塞组合件100的进气冲程和排气冲程期间打开时间更长。

此外，与常规引擎相比，使空气-燃料混合物更接近12点钟位置或在12点钟位置(且不显著更早)点燃可减少由实施本发明的活塞组合件100的引擎展现的引擎爆震(即，锤击效应)的量。减少引擎爆震可提高实施活塞组合件100的引擎的整体效率，且可在维持汽缸尺寸和活塞数量的同时带来总体功率的增加。另外，在一些实施例中，本发明的活塞组合件100可在动力冲程期间从3点钟位置到6点钟位置更有效地散热。例如，在一些实施例中，与常规活塞组合件相比，曲柄轴可由活塞组合件100更迅速地旋转经过3:00pm位置(及/或6:00pm位置)。因此，汽缸和引擎缸体吸收通过燃烧空气-燃料混合物产生的热量所需的时间更少。因此，在排气冲程(下文描述)期间，更多的热量通过排气阀114和排气端口116排出。在一些实施例中，更有效地散热可导致氮氧化物排放减少。

在到达下止点后，活塞组合件100启动排气冲程。在排气冲程期间，在排气阀(例如，阀114)打开时，活塞组合件100的活塞头104再次从下止点返回到上止点。活塞头104从下止点移动到上止点的动作使废空气-燃料混合物经过排气阀114并通过排气端口116排出。此外，在到达上止点后，活塞组合件100可以重复上述四个冲程。

鉴于前述内容，因为本发明的活塞组合件100减小曲柄轴126所经历的旋转阻力，来自所以引擎102的活塞组合件100的动力冲程的更多能量可维持(例如载送)通过12点钟及6点钟位置，因此，减少执行后续冲程所需的能量。因此，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件100可提供更有效率的引擎。

图3是根据本发明的一或多个实施例的安置在引擎102的气缸112内的活塞组合件100的另一示意性侧视图。在图3中移除曲柄轴126以更好地展示活塞组合件100的组件。下杆108可通过连接器销组合件109耦合到上杆106。连接器销组合件109可配置以使下杆108能够相对于上杆106围绕连接器销组合件109的纵轴124枢转。上杆106可通过轴头销组合件107耦合到活塞头104。上杆106可经配置以将输入到下杆108中的曲柄轴126的运动传输到活塞头104，使得曲柄轴126的旋转导致活塞头104沿着活塞头104的纵轴122线性运动。在活塞头104的方向反转之前，当活塞组合件100处于上止点位置及/或下止点位置(例如，12点钟位置和6点钟位置)时，上杆106和下杆108可与活塞头104的纵轴122基本上对准，如图3中说明。

图4是根据本发明的一或多个实施例的上杆106的透视图。上杆106可包含形成在上杆106的端部中的上孔402和下孔404。上孔402可经调整大小及塑形以接纳轴头销组合件107。在一些实施例中，轴头销组合件107可通过干涉配合(例如，机械干涉、按压配合等)耦合到上杆106。例如，上孔402可大体上是圆形的，其直径大体上类似于或甚至稍小于轴头销组合件107。在一些实施例中，上孔402的直径可稍大于轴头销组合件107，且上孔402可经配置以使轴头销组合件107能够相对于上杆106旋转及/或向轴头销组合件107提供润滑。例如，上孔402的直径可比轴头销组合件107的对应直径长约.0002英寸(5.1μm)与约.0030英寸(76.2μm)之间，例如，比轴头销组合件107的直径长约.0005英寸(12.7μm)与约.0025英寸(63.5μm)之间或长约.0008英寸(20.3μm)与约.0022英寸(55.9μm)之间。

下孔404可经配置以接纳连接器销组合件109。在一些实施例中，连接器销组合件109可通过干涉配合耦合到上杆106。例如，下孔404可为大体上圆形的，其直径大体上类似于或甚至稍小于连接器销组合件109。在一些实施例中，下孔404的直径可稍大于轴头销组合件109，且下孔404可经配置以使连接器销组合件109能够相对于上杆106旋转及/或向连接器销组合件109提供润滑。例如，下孔404的直径可比连接器销组合件109的对应直径长约.0002英寸(5.1μm)与约.0030英寸(76.2μm)之间，例如，比连接器销组合件109的直径长约.0005英寸(12.7μm)与约.0025英寸(63.5μm)之间或长约.0008英寸(20.3μm)与约.0022英寸(55.9μm)之间。

在一些实施例中，上杆106可包含脊406，脊406在上孔402与下孔404之间在上杆106中界定一或多个凹口408。脊406可经配置以基本上防止上杆106在通过上杆106传输到活塞头104及从活塞头104传输的负载下变形。例如，脊406可经调整大小及塑形以增加上杆106的结构完整性。由脊406界定的一或多个凹口408可使上杆106能够使用可减小上杆106的质量的较少的材料形成，此可导致活塞组合件100的质量和相关引擎102的旋转质量减小。

图5是图4的上杆106的侧视图。轴头销组合件107可经接纳在上孔402中。在一些实施例中，轴头销组合件可用销锁134固定到上杆106。在一些实施例中，销锁134可在轴头销组合件107的相对端处定位在活塞头104中(图3)中，从而将轴头销组合件107夹置在销锁134之间。销锁134可包含卡环(例如，

C形夹、E形夹等)、线夹、螺旋形锁(例如，螺环锁等)、销按钮、固定螺钉、胀紧螺栓、滚销等。

连接器销组合件109可经接纳在下孔404中。在一些实施例中，连接器销组合件109可用销锁134紧固到上杆106。在一些实施例中，销锁134可连接器销组合件109的相对端处定位在下杆108中(图3)，从而将连接器销组合件109夹置在销锁134之间。在一些实施例中，连接器销组合件109可延伸超过下杆108与上杆106之间的接头的外表面，且销锁134可在连接器销组合件109的相对端处定位在连接器销组合件上，从而将上杆106及下杆108夹置在销锁134之间。销锁134可包含卡环(例如，

C形夹、E形夹等)、线夹、螺旋、销按钮、固定螺钉、胀紧螺栓、滚销等。

图6是根据本发明的一或多个实施例的轴头销组合件107的轴头销的侧视图。一起参考图4到6，轴头销组合件107可经配置以延伸通过上杆106的上孔402且延伸到活塞头104中。轴头销组合件107可将上杆106紧固到活塞头104。在一些实施例中，轴头销组合件107可配置在半浮动配置中，其中轴头销组合件107使活塞头104能够相对于轴头销组合件107旋转，且旋转地紧固到上杆106。例如，轴头销组合件107可在上杆106的上孔402上具有干涉配合。在一些实施例中，轴头销组合件107可配置为全浮动配置，其中轴头销组合件107配置以使上杆106和活塞头104能够相对于轴头销组合件107旋转。轴头销组合件107可具有足以在上杆106的相对侧上延伸到活塞头104中的长度。

图7A是连接器销组合件109的连接销的侧视图，且图7B是根据本发明的一或多个实施例的连接器销组合件109的端视图。一起参考图4到7B，连接器销组合件109可经配置以延伸通过上杆106的下孔404且延伸到下杆108中。连接器销组合件109可将上杆106紧固至下杆108，从而在上杆106与下杆108之间形成接头(例如，枢转点)。在一些实施例中，连接器销组合件109可配置为半浮动配置。例如，连接器销组合件109可通过连接(例如按压配合)固定到上杆106或下杆108，同时具有与相对的下杆108或上杆106的间隙配合。间隙配合可使相关联的上杆106或下杆108能够相对于连接器销组合件109旋转。在一些实施例中，连接器销组合件109可凭借连接器销组合件109与上杆106及下杆108之间的间隙配合配置成全浮动配置，使得上杆106及下杆108两者可相对于连接器销组合件109旋转。

图8是经由连接器销组合件109耦合到上杆106的下杆108的透视图。上杆106的连接器部分132可定位在下杆108的分叉部分130内。连接器销组合件109可延伸通过下杆108的分叉部分130及上杆106的连接器部分132。在一些实施例中，连接器销组合件109可用一或多个销锁134进行紧固。例如，销锁134可在连接器销组合件109的相对端处插入下杆108的分叉部分130中，从而将连接器部分132夹置在销锁134之间。连接器销组合件109可配置以使下杆108能够围绕连接器销组合件109的纵轴124在上杆106与下杆108之间的接头处相对于上杆106枢转。

图9是活塞组合件100的下杆108的侧视图。在一或多个实施例中，下杆108可包含形成在下杆108的第一纵向端附近的上孔902，以及形成在下杆108的第二纵向端附近的上孔904。下杆108的上孔902可经调整大小及塑形以使连接器销组合件109延伸通过上孔902。下杆108的下孔904可经调整大小及塑形以使曲柄轴126的轴承部分延伸通过下孔904。

图10A是根据本发明的一或多个实施例的具有耦合到其的上杆106的活塞头104的底部透视图。图10B是图10A的活塞头104的仰视图。一起参考图10A及图10B，从图10B移除上杆106以更好地展示活塞头104的结构。如在图10A及10B中展示，在一些实施例中，活塞头104可包含用于相对于活塞头104紧固且固定上杆106的位置的一或多个角撑板1002、1004。例如，一或多个角撑板可向下(图10A中描绘为向下)延伸且可界定活塞头104中的上杆接纳孔1006。上杆接纳孔1006可经调整大小及塑形以接纳上杆106且大体上保持相对于活塞头104固定的上杆106的位置，使得在活塞冲程期间，上杆106相对于活塞头104并不显著移动。例如，一或多个角撑板1002、1004及上杆接纳孔1006可经由机械干涉保持相对于活塞头104固定的上杆106的位置。在一些实施例中，一或多个角撑板1002、1004可与活塞头104成一体(例如，可形成整体)。在额外实施例中，一或多个角撑板1002、1004可包含不同于活塞头104的部件且可附接(例如，焊接)到活塞头104。

图11到13是根据本发明的一或多个实施例的活塞头104及曲柄轴126的额外透视图。一起参考图11到13，下杆108可耦合到曲柄轴126的外轴颈1304。曲柄轴126可围绕曲柄轴126的纵轴旋转。曲柄轴126的外轴颈1304可围绕曲柄轴126的纵轴行进。下杆108可围绕曲柄轴126的纵轴与曲柄轴126的外轴颈1304一起行进。

上杆106与下杆108之间的连接器销组合件109可相对于具有类似冲程及在相同相应位置处直接连接在活塞头104与曲柄轴126之间的连接杆的引擎改变下杆108与曲柄轴126之间的角度。例如，下杆108与曲柄轴126之间的角度可在活塞头104到达上止点或下止点之后更快速地改变。下杆108与曲柄轴126之间的角度的快速改变可使下杆108能够在冲程期间更早实现更有利的角度(例如，提供更多杠杆作用的角度)。在下杆108与曲柄轴126之间相对于常规活塞组合件的有利角度可为使得传输通过下杆108的力与曲柄轴的外轴颈1304的圆周运动大体上相切的角度。当下杆108与曲柄轴126之间的角度接近有利角度时，通过下杆108传输的力可被更少地浪费。此外，浪费更少的力导致更有效的动力传输。

在一些实施例中，下杆108与曲柄轴126之间的更快速变化的角度可使引擎100的尺寸能够减小，其中连接杆组合件所需的间隙更小。在一些实施例中，下杆108和曲柄轴126之间的更快速变化的角度可使曲柄轴126能够经配置以在发动机内需要额外的间隙来容纳连接杆组合件的移动之前向活塞头104提供更大的移动范围(例如，更长冲程)。特定来说，在3点钟和9点钟位置(例如，中间冲程)，常规连接杆可沿基本上笔直的对角线从外轴颈1304延伸到活塞头104，从而与根据本发明的实施例的连接杆组合件相比在连接杆与内部引擎结构之间需要更多的间隙。

图13说明其中下杆108可耦合到曲柄轴126的中心轴颈1302的替代性实施例。例如，引擎可包含一或多个控制气缸，其中活塞头104及连接杆组合件维持静止。例如，可变压缩引擎可包含控制气缸，一或多个活塞组合件耦合到所述控制气缸以在改变主动气缸中活塞组合件的行程(例如，冲程)时提供共同参考。

图14A说明上杆106的透视图。图14B说明上杆106的侧视图。图14C说明上杆的横截面视图。图14D说明上杆的横截面视图。参考图14A到14D，上杆106可包含连接上孔402及下孔404的柄1402。在一些实施例中，柄1402可具有与上杆106端部处的上杆106的尺寸大体上相同的至少一个尺寸。例如，柄1402可具有与上杆106端部的直径大体上相同的宽度。在一些实施例中，柄1402可具有沿柄1402的长度变化的另一尺寸。例如，柄1402的表面可凹入柄1402的中心部分中。凹口可使柄1402能够由更少的材料构成，从而减少上杆106的质量。柄1402的尺寸可经配置使得柄1402的其中可存在更大量的应力的区域中存在更多的材料，同时减少上杆106的更低应力区域中的材料量。

上杆106的端部可包含围绕且界定上孔402及下孔404的材料。围绕上孔402的材料可包含沿着材料的外边缘的外倒角1406和沿着界定上孔402的内边缘的内倒角1410。围绕下孔404的材料可包含沿着材料的外边缘的外倒角1404和沿着界定下孔404的内边缘的内倒角1408。外倒角1404、1406、1408及1410可减少材料中的应力梯级及/或降低上杆106与其它组件(例如，轴头销组合件107、连接销组合件109、活塞头104及下杆108)之间的摩擦力。

在一些实施例中，上孔402及下孔404可彼此偏移。例如，上孔402和下孔404可在大体上平行于轴头销组合件107和连接销组合件109的轴的方向上偏移。在另一实例中，上孔402和下孔404可在大体上横向于轴头销组合件107和连接销组合件109的轴的方向上彼此偏移。偏移的方向及/或量值可经配置以减少活塞上的旋转平衡、引擎谐波及/或侧负载中一或多者。

图15A说明下杆108的透视图。图15B说明下杆108的正视图。图15C说明下杆108的侧视图。图15D说明下杆108的仰视图。参考图15A到15D，在一些实施例中，下杆108可形成在至少两个部分中。下杆108可包含杆部分1510及轴承盖1512。轴承盖1512及杆部分1510可界定下孔904。轴承盖1512可经配置以经移除以使曲柄轴126的轴颈能够插入由杆部分1510界定的下孔904的部分中。轴承盖1512可在曲柄轴126的轴颈插入杆部分1510的下孔904之后耦合到杆部分1510，从而将曲柄轴126的轴颈围封在下杆108的下孔904中。轴承盖1512可通过例如螺柱、螺母、螺栓、螺钉等的硬件连接1514耦合到杆部分1510。

下杆108可包含分叉部分130。分叉部分130可包含界定上孔902的至少两个环形区段1502和分隔至少两个环形区段1502的基底区段1508，所述至少两个环形区段1502界定经配置以接纳上杆106的连接部分132的至少两个环形区段之间的开口。基底区段1508可包含具有与上杆106的端面互补的形状的曲面，使得下杆108可在耦合到上杆106时自由地枢转。在一些实施例中，基底区段1508及/或至少两个环形区段1502可包含限制元件，其经配置以限制下杆108相对于上杆106的旋转。例如，限制元件可包含止挡件、齿轮、一组互锁齿等，其经配置以基本上防止下杆108和上杆106到达临界角，例如锁定角度或将在活塞上产生过大侧负载从而使活塞裙部接触气缸壁的角度。

至少两个环形区段1502可包括倒角边缘1518、1520和1522。例如，至少两个环形区段可包含上孔902的内表面1516与相关联环形区段1502的内表面1524之间的倒角边缘1518。至少两个环形区段1502也可包含径向表面1504与相关联环形区段1502的表面1505之间的倒角边缘1520。至少两个环形区段1502可进一步包含上孔902的内表面1516与相关联环形区段1505的表面1505之间的倒角边缘1522。

下杆108可包含将分叉部分130连接到下杆108的杆部分1510的连接结构1506、1526。侧连接结构1506可形成与下杆108的杆部分1510和至少两个环形区段1502两者大体上相切的修圆表面。侧连接结构1506可将至少两个环形区段1502彼此操作地耦合，并将至少两个环形区段1502操作地耦合到下杆108的杆部分1510。面连接结构1526可将至少两个环形区段1502耦合到下杆108的杆部分1510的相应面。例如，面连接结构1526可在下杆108的杆部分1510的面与相应环形区段1502的径向表面1504之间延伸。在一些实施例中，面连接结构1526可包含修圆表面，其可与下杆108的杆部分1510的面及相应环形区段1502的径向表面1504两者大体上相切。

图16A展示根据本发明的一或多个实施例的活塞头104的透视图。图16B展示活塞头104的仰视图。图16C展示活塞头104的横截面视图。图16D展示活塞头104的横截面视图。参考图16A到16B，活塞头104的上杆接纳孔1006可由角撑板1002、1004和销支撑结构1606界定。在一些实施例中，上杆接纳孔1006可经配置以限制上杆106相对于活塞头104的旋转。例如，在一些实施例中，上杆接纳孔1006可经配置以限制上杆106可相对于活塞头104旋转的范围，例如在约-15°与约15°之间、在约-10°与约10°之间或在约-5°与约5°之间。在其它实施例中，上杆接纳孔1006可经配置以基本上防止上杆106相对于活塞头104旋转。

活塞头104可包含一或多个环形沟槽1602(例如，环形沟槽)。环形沟槽1602可经配置以接纳活塞环(例如，压缩环、密封环、油环等)。活塞环可经配置以在活塞头104与引擎100中的相应气缸壁之间形成密封，并减小活塞组合件102与引擎100的气缸壁接触的表面积。活塞头104也可包含裙部1612。裙部1612可从活塞头104的顶部部分延伸到在与活塞头104的顶部部分大体上相同的直径处的环形沟槽1602下方。裙部1612可与销支撑结构1606成约90°径向定位及/或与角撑板1002、1004大体上径向对准。裙部1612可经配置以当侧负载力通过连接杆组合件传输到活塞头104时，大体上维持活塞头104相对于引擎100中的相应气缸的定向。例如，如果活塞头104开始相对于气缸围绕轴头销组合件107旋转那么裙部1612可经配置以仅接触气缸壁且基本上防止旋转。裙部1612和角撑板1002、1004可界定活塞头104中的一或多个腔1608。一或多个腔1608可减小活塞头104的材料质量及/或使活塞头104能够散热。

销支撑结构1606可包含配置以接纳轴头销组合件107的销接纳孔1604(例如，销壳)。销接纳孔1604可包含一或多个环形沟槽，其经配置以接纳销锁134以将轴头销组合件107紧固在销接纳孔1604中。

图17A展示根据本发明的一或多个额外实施例的活塞头1704的透视图。图17B展示图17A的活塞头1704的仰视图。图17C展示图17A的活塞头1704的侧横截面视图。图17D展示图17A的活塞头1704的另一侧横截面视图。参考图17A到17D，活塞头1704可用于任何活塞组合件(例如，活塞组合件100)以及上文关于图1到16D描述的活塞组合件的任何元件内。

如在图17A到17D中展示，在一些实施例中，活塞头1704可包含用于相对于活塞头1704紧固且固定上杆(例如，上杆106)的位置的一或多个角撑板1702、1705。例如，一或多个角撑板可向下(图17A到17D中描绘为向下)延伸且可至少部分界定活塞头1704中的上杆接纳孔1706。上杆接纳孔1706可经调整大小及塑形以接纳上杆且大体上保持相对于活塞头1704固定的上杆的位置，使得在活塞冲程(例如，上文描述的活塞冲程)期间上杆相对于活塞头1704并不显著移动。例如，一或多个角撑板1702、1705及上杆接纳孔1706可经由机械干涉保持相对于活塞头1704固定的上杆的位置。在一些实施例中，角撑板1702、1705可包含从角撑板1702、1705延伸以至少部分界定上杆接纳孔1706的突出部1708(例如，脊)。在一些实施例中，一或多个角撑板1702、1705可与活塞头1704成一体(例如，可形成整体)。在额外实施例中，一个或多个角撑板1702、1705可包含与活塞头1704不同的部件，且可附接(例如，焊接)到活塞头1704。活塞头1704可与上文描述的任何轴头销组合件(例如，轴头销组合件107)一起使用。

在一些实施例中，活塞裙部1710可由沿着活塞头1704的侧部的一或多个凹口1712界定。销接纳孔1714可界定在凹口1712内。销接纳孔1714可在活塞头1704的相对侧上的凹口1712之间延伸通过角撑板1702、1705。

图18A是根据本发明的一或多个额外实施例的处于分解配置中的下杆1808的侧视图。图18B是处于组装配置中的图18A的下杆1808的侧视图。图19A到19C展示根据本发明的一或多个实施例的下杆1808的上部分1902的各种视图。图20A到20D展示根据本发明的一或多个实施例的下杆1808的上部分1902的各种额外视图。图21A到21F展示根据本发明的一或多个实施例的下杆1808的下部分2102的各种视图。

一起参考图18A到21F，下杆1808可用于任何活塞组合件(例如，活塞组合件100)和上文关于图1到17D描述的活塞组合件的任何元件内。此外，一起参考图18A到21F，下杆1808的上部分1902及下杆1808的下部分2102可经由紧固件及/或对准套筒1809、1811连接在一起。关于图23A及23B更详细展示对准套筒1809、1811。如在图23A及23B中展示，对准套筒1809、1811可包含形成于对准套筒1809、1811的每一纵向端上的倒角边缘2302。下杆1808的上部分1902及下部分2102可界定下孔1804。下孔1804可经配置以将下杆1808耦合到曲柄轴126上的轴颈，如上文描述。下杆1808的上部分1902可包含上孔1802，其经配置以将下杆1808耦合到上杆2206，如下文关于图22A到22E所描述。

在一些实施例中，下杆1808可包含通过腹板1906连接的一或多个凸缘1904，腹板1906例如I型梁连接杆、A型梁连接杆或H型梁连接杆。

图22A到22E展示根据本发明的一或多个实施例的上杆2206的各种视图。与上述上杆106类似，上杆2206可在上杆2206的第一纵向端处经由轴头销组合件(例如，轴头销组合件107)耦合到活塞头(例如，活塞头1704)，并可在上杆2206的第二相对纵向端处耦合到下杆(例如，下杆1808)。在一些实施例中，上杆2206可靠近活塞头1704的质心或在活塞头1704的质心耦合到活塞头1704。在一或多个实施例中，上杆2206可在活塞头1704的上表面与下表面之间居中且与活塞头1704的中心纵轴相交的点处耦合到活塞头1704。在一些实施例中，上杆2206可相对于活塞头1704固定。例如，上杆2206可在使用期间不相对于活塞头1704旋转及/或平移。在一些实施例中，上杆2206可包含分度特征2202，其经配置以将上杆2206大体上旋转地固定在活塞头1704中界定的上杆接纳孔1706内。例如，分度特征2202可包含具有大体上笔直的侧部2204的凸缘。大体上笔直的侧部2204可经配置以与活塞头1704中的角撑板1702、1705及/或突出部1708对接，以限制及/或基本上防止上杆2206相对于活塞头1704旋转。

上杆2206可在轴向方向上(例如，在平行于活塞头1704的纵轴的方向上)从活塞头1704延伸到活塞头1704下方的区域。例如，上杆2206的纵向长度可大于从上杆2206在其处耦合到活塞头1704的点到活塞头1704的最下表面的距离。此外，上杆2206的纵轴可平行于活塞头1704的纵轴。鉴于上文，当上杆2206耦合到活塞头1704时，上杆2206的下纵向端可定向于活塞头1704下方。如在图22A到22E中描绘，上杆2206可包含用于连接到下杆1808的分叉部分2213。在下文中更详细描述分叉部分2213。例如，在一些实施例中，上杆2206可不包含分叉部分，而是，下杆1808可包含用于连接上杆2206的分叉部分。

上杆2206可包含经配置以接纳轴头销组合件107的上孔2212以及经配置以接纳连接器销组合件109的下孔2214。轴头销组合件107可通过活塞头1704中的销接纳孔1714插入上孔2212中。下孔2214可延伸通过上杆2206的分叉部分2213。可形成叉形接头以将下杆1808连接到上杆2206，其中连接器销组合件109通过上杆2206的下孔2214和下杆1808的上孔1802插入，其中下杆1808的上孔1808安置在上杆2206的分叉部分2213内。

图24展示根据本发明的一或多个实施例的活塞组合件2400。活塞组合件2400的组件可用于任何活塞组合件(例如，活塞组合件100)和上文关于图1到23B描述的活塞组合件的任何元件内。活塞头2404可通过上杆2406耦合到下杆2408。在一些实施例中，上杆2406可包含一或多个支撑凸缘2410，其可从上杆2406延伸到活塞头2404的侧部结构，例如活塞裙部、内部角撑板等。在一些实施例中，支撑凸缘2410可从上杆2406沿大体上笔直的线延伸到活塞头2404的侧部结构。在一些实施例中，支撑凸缘2410可具有弯曲轮廓。支撑凸缘2410可基本上防止上杆2406相对活塞头2404旋转。

一起参考图1到24，一些实施例包含下杆，所述下杆包含分叉部分。另外，分叉部分可形成在上杆或下杆上。此外，上杆可通过本文所描述的任何方式及/或任何常规方式或方式的组合附接到轴头销(例如，腕销)。另外，下杆可经由本文描述的任何方式、常规方式及/或方式组合耦合到上杆。

在一些实施例中，上杆可以球窝配置耦合到轴头销(例如，上杆与下杆之间的腕销)。例如，上杆可相对于下杆自由浮动。以上配置可在操作活塞组合件期间减少上杆的磨损。

在一些实施例中，上杆可经由任何方式相对于活塞头固定(例如，锁定)。例如，上杆可经由上杆与活塞之间的任何类型的机械干涉(例如焊接、配件、紧固件、粘合剂、钎焊)相对于活塞头固定。在一些实施例中，上杆及活塞头可形成单个整体。在一或多个实施例中，上杆可经由轴头销相对于活塞头固定。例如，轴头销(例如，腕销)可具有非圆形横截面。例如，轴头销可具有方形或矩形横截面、椭圆形横截面、三角形横截面、不规则形横截面或前述形状横截面的任何组合。在进一步实施例中，上杆可经由形成在上杆、下杆及/或活塞头中的任一者上的止挡件、限制器、榫钉、成型角或中心结构(例如，上杆接纳孔1006、1706、齿轮、凸轮、滑块槽等)相对于活塞头固定(例如锁定)。

在一些实施例中，上杆可相对于活塞头不固定。例如，在一或多个实施例中，上杆可相对于活塞头枢转。在一些实施例中，上杆可相对于活塞头旋转的量可经由上述可固定上杆的任何方式来限制。例如，上杆可具有相对于活塞头的有限运动。在额外实施例中，上杆可相对于活塞头自由旋转。

在一或多个实施例中，活塞组合件的任何元件(例如，活塞头、上杆、下杆、轴头销组合件和连接器销组合件)可包含钢、合金及/或复合材料。但是，活塞组合件不限于任何特定类型的材料或材料组合。

本文描述的活塞组合件可提供优于常规活塞组合件的额外优势。例如，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件(例如，活塞组合件100)可提供更多的扭矩磅英尺(例如，杠杆作用)，此可为曲柄轴提供更多的惯性(磅)。例如，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件(例如，活塞组合件100)可向曲柄轴多提供约12％的惯性(磅)。

另外，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件(例如，活塞组合件100)可在活塞行程期间以更快的速率平移活塞头104及/或从上止点(TDC)开始以更快的速率改变下连接杆与曲柄轴之间的角度。因此，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件可产生改进的角度，在所述角度下，活塞组合件在最高气缸压力下旋转曲柄。因此，本发明的活塞组合件所产生的动力冲程可提供更多的可用能量。

另外，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件在活塞冲程的部分期间以更快速率平移活塞。因此，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件可使点燃更接近TDC发生。使点燃更接近TDC发生提供更多的燃烧时间。通过提供更多的燃烧时间，燃料和空气的混合物可在动力冲程期间更完全燃烧，使得减少未燃烧的燃料及/或由部分燃烧的燃料产生的有害排放气体，例如，一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)及氮氧化物(NOx)。这可带来更清洁(例如，更好)的排放。

与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件在12点钟和3点钟(0°与90°)之间以更高的速度在活塞腔室内移动活塞头。活塞头的更高速度可减少活塞在上止点或上止点附近花费的时间(例如，停留时间)。当活塞处于上止点或上止点附近且不移动时发生的燃烧基本上转化为废热而不是功。因此，本发明的活塞组合件通过以更高速率远离上止点移动提供更有效的点燃，从而有效地减少燃烧产生的废热量。停留时间和废热的减少也可降低引擎的爆震倾向(例如，通常由高压缩及/或低辛烷值燃料引起的不受控制的点燃)。因此，本发明的活塞组合件可使引擎能够在更高的压缩比下操作，这可提高引擎效率及/或动力产生。本发明的活塞组合件也可使引擎能够使用更低的辛烷值燃料操作，从而使更高的性能及/或更高效的引擎能够使用更便宜的燃料操作。此外，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件使活塞头从12点钟及3点钟开始在活塞腔室内进一步下降。与常规活塞组合件相比，上述两种行为导致本发明的活塞组合件提供改进的容积效率、改进的扫气、气缸中的增加负压以及进入活塞腔室(例如气缸)的额外进气(例如，进气量)。与常规活塞组合件相比，上述行为增加由活塞组合件产生的能量。

另外，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件使活塞头在排气冲程期间从6点钟位置以更缓慢的速率移动到9点钟位置。与常规活塞组合件相比，使活塞头在排气冲程期间从6点钟位置以更缓慢的速率移动到9点钟位置可减少操作期间的热量积聚及引擎总体温度。

此外，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件使活塞头能够在排气冲程期间从9点钟位置以更快速的速率移动到12点钟位置。与常规活塞组合件相比，使活塞头能够在排气冲程期间从9点钟位置以更快速的速率移动到12点钟位置可在活塞腔室内产生更多负压，此导致改进的扫气且排出更多废气及/或未燃烧燃料。与常规活塞组合件相比，排出更多废气及/或未燃烧燃料使得更多的新鲜空气能够在随后被吸入到活塞腔室(例如，气缸)中。

此外，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件可在较低的阀升程下提供更多的气流，此在凸轮上提供/实现突变性较低的轮廓，减少疲劳，并减少故障。

与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件也可进一步使进气阀能够以较少的回缩打开达更长的时间段。此外，本发明的活塞组合件减少停留时间(例如，在反转方向之前活塞保持在(例如，位于)上止点的时间)。此外，与常规活塞组合件相比，本发明的活塞组合件可在阀重叠期间提供改进的扫气。

另外，本发明的活塞组合件可在每一冲程的中间部分(例如，3点钟和9点钟位置)相对于引擎的其它元件提供增大的间隙。因此，当增加引擎的冲程(例如，使引擎扩程)时(例如，安装具有较长冲程的曲柄轴以增加引擎排量)，杆到气缸壁的间隙得以改进。

此外，通过利用两个杆(例如，上杆和下杆)和两组腕销，本发明的活塞组合件可将对个别部件的冲击力降低50％。例如，每一腕销组合件包含腕销与相关联杆、活塞、曲柄轴等之间的少量间隙。在引擎操作期间，所述少量间隙可填充油或另一润滑液。冲击力可通过这些间隙区域和相关联的润滑液传输，使得由冲击力引起的初始震动、颤动、冲击等可被连接中的润滑液及间隙吸收及/或消散。例如，本发明的活塞组合件作为减震器操作，且当与TDC处的更快角度变化一起使用时(此降低锤击效应)，导致传送到曲柄轴、轴承、杆(例如，上杆和下杆)和活塞头的应力更小。

此外，本发明的活塞组合件可减少活塞头的活塞裙与活塞室腔室(例如，气缸)的内壁之间的摆动摩擦。此外，本发明的活塞组合件甚至可与涡轮增压器和超级增压器一起更有效地操作。例如，活塞头在上止点或接近上止点处的较高速度可在进气冲程早期在气缸中提供更多空间，从而使涡轮增压器或超级增压器能够在进气冲程期间输入更大量的空气。此外，涡轮增压器和超级增压器应用的常见问题包括热量和爆震量增加，此通常要求涡轮增压和超级增压应用在较低的压缩比及/或较高的辛烷值燃料下操作。本发明活塞组合件的改进的散热及减少的停留时间可提高涡轮增压和超级增压应用的效率。

本发明进一步包含下列实施例：

实施例1：一种活塞组合件，其包括：活塞头，其用于在引擎的气缸内往复运动；上杆，其在所述上杆的一个纵向端处耦合到所述活塞头且相对于所述活塞头固定；及下杆，其可旋转地耦合到所述上杆的相对纵向端，所述下杆经配置以围绕所述上杆的所述相对纵向端枢转，其中所述下杆经配置以在所述下杆的与所述上杆相对的纵向端处耦合到曲柄轴。

实施例2：根据实施例1所述的活塞组合件，其中所述活塞头包括：第一角撑板，其从所述活塞头的上部分轴向延伸；及第二角撑板，其从所述活塞头的所述上部分轴向延伸，所述第一角撑板及所述第二角撑板界定上杆接纳孔。

实施例3：根据实施例1或2所述的活塞组合件，其中所述上杆安置在所述活塞头的所述上杆接纳孔内。

实施例4：根据实施例1到3中任一实施例所述的活塞组合件，其中所述活塞头的所述上杆接纳孔经调整大小及塑形以相对所述活塞头固定所述上杆。

实施例5：根据实施例1到4中任一实施例所述的活塞组合件，其进一步包括将所述上杆耦合到所述活塞头的轴头销组合件。

实施例6：根据实施例1到5中任一实施例所述的活塞组合件，其中所述轴头销组合件包括两个或更多个开口簧环、针形套筒轴承及轴头销。

实施例7：根据实施例1到6中任一实施例所述的活塞组合件，其进一步包括将所述上杆耦合到所述下杆的连接器销组合件。

实施例8：根据实施例1到7中任一实施例所述的活塞组合件，其中所述下杆包括分叉部分，所述上杆包括连接器部分，且所述连接器销组合件延伸通过所述下杆的所述分叉部分及所述上杆的所述连接器部分。

实施例9：一种引擎，其包括：一或多个气缸；曲柄轴；一或多个活塞组合件，每一活塞组合件安置在相应气缸内，每一活塞组合件包括：活塞头，其经调整大小及塑形以在所述相应气缸内往复运动；上杆，其在所述上杆的一个纵向端处耦合到所述活塞头且相对于所述活塞头固定；及下杆，其可旋转地耦合到所述上杆的相对纵向端，所述下杆经配置以围绕所述上杆的所述相对纵向端枢转，所述下杆可在所述下杆的与所述上杆相对的纵向端处可旋转地耦合到所述曲柄轴。

实施例10：根据实施例9所述的活塞组合件，其中所述活塞头包括：第一角撑板，其从所述活塞头的上部分轴向延伸；及第二角撑板，其从所述活塞头的所述上部分轴向延伸，所述第一角撑板及所述第二角撑板界定上杆接纳孔。

实施例11：根据实施例9或10所述的活塞组合件，其中所述上杆安置在所述活塞头的所述上杆接纳孔内。

实施例12：根据实施例9到11中任一实施例所述的活塞组合件，其中所述活塞头的所述上杆接纳孔经调整大小及塑形以相对所述活塞头固定所述上杆。

实施例13：根据实施例9到12中任一实施例所述的活塞组合件，其进一步包括将所述上杆耦合到所述活塞头的轴头销组合件。

实施例14：根据实施例9到13中任一实施例所述的活塞组合件，其中所述轴头销组合件包括两个或更多个开口簧环、针形套筒轴承及轴头销。

实施例15：根据实施例9到14中任一实施例所述的活塞组合件，其进一步包括将所述上杆耦合到所述下杆的连接器销组合件。

实施例16：根据实施例9到15中任一实施例所述的活塞组合件，其中所述下杆包括分叉部分，所述上杆包括连接器部分，且所述连接器销组合件延伸通过所述下杆的所述分叉部分及所述上杆的所述连接器部分。

实施例17：一种形成活塞组合件的方法，所述方法包括：在上杆的第一纵向端将所述上杆耦合到活塞头；相对于所述活塞头固定所述上杆的位置；将下杆可旋转地耦合到所述上杆的第二纵向端；及将所述下杆可旋转地耦合到引擎的曲柄轴。

实施例18：根据实施例17所述的方法，其中相对于所述活塞头固定所述上杆的所述位置包括将所述上杆放置在通过所述活塞头的一或多个角撑板界定的上杆接纳孔内。

实施例19：根据实施例17或18所述的方法，其中将上杆耦合到活塞头包括用轴头销组合件将所述上杆耦合到所述活塞头。

实施例20：根据实施例17到19中任一实施例所述的方法，其中将下杆可旋转地耦合到所述上杆包括用连接器销组合件将所述下杆耦合到所述上杆。

上文描述且在附图中说明的本发明的实施例不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其合法等效物的范围所涵盖。任何等效实施例在本发明的范围内。实际上，所属领域的技术人员将根据描述了解除了本文展示且描述外的本发明的各种修改，例如所描述的元件的替代性有用组合。此类修改及实施例也落在所附权利要求书及等效物的范围内。

Claims (17)

1.一种活塞组合件，其包括：

活塞头，其用于在引擎的气缸内往复运动，所述活塞头包括活塞裙部；

上杆，其在所述上杆的一个纵向端处耦合到所述活塞头；

一或多个支撑凸缘，其在所述上杆和所述活塞裙部之间延伸，以相对于所述活塞头固定所述上杆；及

下杆，其可旋转地耦合到所述上杆的相对纵向端，所述下杆经配置以围绕所述上杆的所述相对纵向端枢转，

其中所述下杆经配置以在所述下杆的与所述上杆相对的纵向端处耦合到曲柄轴，

其中所述一或多个支撑凸缘包括：

具有弯曲轮廓的径向延伸的第一支撑凸缘；及

第二支撑凸缘，其沿与所述第一支撑凸缘相反的方向径向延伸，所述第二支撑凸缘具有第二弯曲轮廓。

2.根据权利要求1所述的活塞组合件，其进一步包括：

第一角撑板，其从所述活塞头的上部分轴向延伸；及

第二角撑板，其从所述活塞头的所述上部分轴向延伸，所述第一角撑板及所述第二角撑板界定上杆接纳孔。

3.根据权利要求2所述的活塞组合件，其中所述上杆安置在所述活塞头的所述上杆接纳孔内。

4.根据权利要求3所述的活塞组合件，其中所述活塞头的所述上杆接纳孔经调整大小及塑形以相对于所述活塞头固定所述上杆。

5.根据权利要求1所述的活塞组合件，其进一步包括将所述上杆耦合到所述活塞头的轴头销组合件。

6.根据权利要求5所述的活塞组合件，其中所述轴头销组合件包括两个或更多个销锁及轴头销。

7.根据权利要求1所述的活塞组合件，其进一步包括将所述上杆耦合到所述下杆的连接器销组合件。

8.根据权利要求7所述的活塞组合件，其中所述下杆包括分叉部分，所述上杆包括连接器部分，且所述连接器销组合件延伸通过所述下杆的所述分叉部分及所述上杆的所述连接器部分。

9.一种引擎，其包括：

一或多个气缸；

曲柄轴；

一或多个活塞组合件，每一活塞组合件安置在相应气缸内，每一活塞组合件包括：

活塞头，其经调整大小及塑形以在所述引擎的所述相应气缸内往复运动，

所述活塞头包括活塞裙部；

上杆，其耦合到所述活塞头；

一或多个支撑凸缘，其在所述上杆和所述活塞裙部之间延伸，以相对于所述活塞头固定所述上杆；及

下杆，其可旋转地耦合到所述上杆的相对纵向端，所述下杆经配置以围绕所述上杆的所述相对纵向端枢转，所述下杆可在所述下杆的与所述上杆相对的纵向端处可旋转地耦合到所述曲柄轴，

其中所述一或多个支撑凸缘包括：

第一支撑凸缘，其从所述上杆径向延伸；及

第二支撑凸缘，其沿与所述第一支撑凸缘相反的方向从所述上杆径向延伸。

10.根据权利要求9所述的引擎，其进一步包括将所述上杆耦合到所述活塞头的轴头销组合件。

11.根据权利要求10所述的引擎，其中所述轴头销组合件包括两个或更多个销锁及轴头销。

12.根据权利要求9所述的引擎，其进一步包括将所述上杆耦合到所述下杆的连接器销组合件。

13.根据权利要求12所述的引擎，其中所述下杆包括分叉部分，所述上杆包括连接器部分，且所述连接器销组合件延伸通过所述下杆的所述分叉部分及所述上杆的所述连接器部分。

14.一种形成活塞组合件的方法，所述方法包括：

在上杆的第一纵向端将所述上杆可旋转地耦合到活塞头的中心部；

通过在所述上杆和所述活塞头的活塞裙部之间延伸的一或多个支撑凸缘来相对于所述活塞头固定所述上杆，其中所述一或多个支撑凸缘包括从所述上杆径向延伸的第一支撑凸缘、及沿与所述第一支撑凸缘相反的方向从所述上杆径向延伸的第二支撑凸缘；

将下杆可旋转地耦合到所述上杆的第二纵向端；及

将所述下杆可旋转地耦合到引擎的曲柄轴。

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括将所述上杆放置在通过所述活塞头的一或多个角撑板界定的上杆接纳孔内。

16.根据权利要求14所述的方法，其中将上杆耦合到活塞头包括用轴头销组合件将所述上杆耦合到所述活塞头。

17.根据权利要求14所述的方法，其中将下杆可旋转地耦合到所述上杆包括用连接器销组合件将所述下杆耦合到所述上杆。

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