压缩高度减小的活塞以及活塞总成及其构造方法
【专利说明】压缩高度减小的活塞以及活塞总成及其构造方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2012年9月27日提交的第61/706，621号以及2013年3月15日提交的第61/794，216号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0002]本发明大致涉及内燃机，更具体地涉及活塞及其构造方法。
【背景技术】
[0003]发动机制造商对于提升发动机效率和性能的需求不断增大，包括但不限于，节约燃料、改善燃料燃烧、减少油耗、增加排气温度用于车辆内热量的后续利用、升高缸镗内的压缩荷载和温度、减少重量并且使发动机更紧凑。为了实现这些目标，需要减小活塞的尺寸和压缩高度，但是，燃烧室内的升高的温度和压缩荷载需要使活塞维持在可行的温度极限和负荷极限内。如此，尽管在燃烧室内升高温度和压缩荷载是理想的，需要权衡的是:这些升高限制了压缩高度可以减小的程度并且因此限制了整体发动机尺寸可以减小的程度。进一步，由于施加于活塞上的升高的温度和负载需求要求其由钢制成，这也就限制了发动机的重量可以被减少的程度。
【发明内容】
[0004]根据本发明构造的活塞克服了已知活塞结构的上述缺点和其它缺点，本领域技术人员在阅读本公开内容并且参阅附图后将容易领会。
[0005]根据本发明构造的活塞由钢制成，从而为活塞提供了增强的强度和耐久性以抵抗缸镗内增加的压缩荷载，比如可见于现代高性能发动机机中的那些。进一步，由于活塞的新结构，活塞的压缩高度(CH)和重量能够最小化，从而容许配置有这种活塞的发动机可制造得更紧凑更轻巧。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种用于内燃机的活塞总成。该活塞总成包括活塞头，该活塞头具有带有顶部底面的上燃烧壁以及从上燃烧壁悬垂的环带区域。该活塞头具有包括上表面和下表面的基板。基板在上燃烧壁的下方保持间隔开且与环带区域径向对齐。基本封闭的环形的冷却通道通过顶部底面和基板界定，其中，该冷却通道从环带区域径向向内延伸。一对销孔从冷却通道的基板直接悬垂。该总成进一步包括销，销具有摆动地容置于销孔内的端部。在基板的下表面内的销轴承表面在销孔内和销孔之间延伸。该总成进一步包括连杆，连杆的端部固定至销上且与其共同摆动。
[0007]根据本发明的另一个方面，至少一个支撑部件在顶部底面和基板的上表面之间延伸。
[0008]根据本发明的另一个方面，至少一个支持部件沿着活塞头的中心纵轴延伸。
[0009]根据本发明的另一个方面，至少一个支持部件包括从活塞头的中心纵轴径向向外延伸的多个支撑部件。
[0010]根据本发明的另一个方面，一开口延伸穿过基板，其中该开口沿着活塞头的中心纵轴居于中心。
[0011]根据本发明的另一个方面，活塞头包括顶部和底部，其中，顶部具有从上燃烧表面悬垂的环形的第一上连接表面以及沿着活塞的中心纵轴从上燃烧表面悬垂的第二连接表面。底部具有从基板向上延伸的环形的下连接表面，其中，下连接表面在第一结合接缝处结合至第一上连接表面，基板的上表面在第二结合接缝处结合至第二连接表面。
[0012]根据本发明的另一个方面，润滑油进料口入口延伸入冷却通道，润滑油进料口出口与销相切地延伸出冷却通道。
[0013]根据本发明的另一个方面，销具有通孔，连杆具有与通孔对齐的油道以使油流经连杆流经活塞销并且与销轴承表面接触。
[0014]根据本发明的另一个方面，冷却通道是完全封闭的。
[0015]根据本发明的另一个方面，封闭的冷却通道内含有冷却剂。
[0016]根据本发明的另一个方面，封闭的冷却通道内的冷却剂是高热传导率的含金属的组合物。
[0017]根据本发明的另一个方面，提供了一种用于内燃机的活塞。该活塞包括活塞头，该活塞头具有带有顶部底面的上部燃烧壁以及从上部燃烧壁悬垂的环带区域。该活塞头进一步包括具有上表面和下表面的基板。基板在上燃烧壁的下方保持间隔开且与环带区域径向对齐。基本封闭的环形的冷却通道通过顶部底面和基板界定。冷却通道从环带区域径向向内延伸。一对销孔从冷却通道的基板直接悬垂。在基板的下表面内的销轴承表面在销孔内且在销孔之间延伸。
[0018]根据本发明的另一个方面，活塞可进一步包括在顶部底面和基板的上表面之间延伸的至少一个支撑。
[0019]根据本发明的另一个方面，至少一个支撑部件可沿着活塞头的中心纵轴延伸。
[0020]根据本发明的另一个方面，至少一个支撑部件可提供为从活塞头的中心纵轴径向向内延伸的多个支撑部件。
[0021]根据本发明的另一个方面，活塞可进一步包括延伸穿过基板的开口，其中，该开口沿着活塞头的中心纵轴居于中心。
[0022]根据本发明的另一个方面，活塞头可包括顶部和底部，其中，顶部具有从上燃烧表面悬垂的环形的第一上连接表面以及沿着活塞的中心纵轴从上燃烧表面悬垂的第二连接表面。底部具有从基板向上延伸的环形的下连接表面。下连接表面在第一结合接缝处结合至第一上连接表面，基板的上表面在第二结合接缝处结合至第二连接表面。
[0023]根据本发明的另一个方面，冷却通道可为完全封闭的。
[0024]根据本发明的另一个方面，封闭的冷却通道可包含有冷却剂。
[0025]根据本发明的另一个方面，提供了一种构造用于内燃机的活塞总成的方法。该方法包括形成活塞头，活塞头具有带有顶部底面的上燃烧壁以及从上燃烧壁悬垂的环带区域，并且具有在上燃烧壁的下方保持间隔开且与环带区域径向对齐的基板，基本上封闭的环形的冷却通道通过顶部底面和基板界定。进一步，形成从冷却通道的基板直接延伸的一对销孔，并且在基板的下表面内形成销轴承表面，该销轴承表面在销孔内且在销孔之间延伸。又进一步，将用于摆动的销插入销孔内，并且将连杆的端直接固定至销上以与其共同摆动。
[0026]根据本发明的另一个方面，该方法进一步包括形成在顶部底面和基板的上表面之间延伸的至少一个支撑部件。
[0027]根据本发明的另一个方面，该方法进一步包括沿着活塞头的中心纵轴形成至少一个支撑部件。
[0028]根据本发明的另一个方面，该方法进一步包括将至少一个支撑部件形成为从活塞头的中心纵轴径向向外延伸的多个支撑部件。
[0029]根据本发明的另一个方面，该方法进一步包括形成延伸穿过基板的开口，其中，该开口沿着活塞头的中心纵轴居于中心。
[0030]根据本发明的另一个方面，该方法进一步包括形成具有顶部和底部的活塞头并且将顶部结合至底部。
[0031]根据本发明的另一个方面，该方法进一步包括形成与销相切地延伸出冷却通道的润滑油孔出口。
[0032]根据本发明的另一个方面，该方法进一步包括在销内形成通孔并且在连杆内形成油道并且将油道与通孔对齐以容许油流经连杆并且流经活塞销与销轴承表面接触。
[0033]根据本发明的另一个方面，该方法进一步包括将冷却通道形成为完全封闭的冷却通道。
[0034]根据本发明的另一个方面，该方法进一步包括在完全封闭的冷却通道内提供冷却剂。
【附图说明】
[0035]参阅以下当前优选实施例和最佳实施例的详细说明、所附权利要求以及附图，本发明的这些和其它方面、特征以及优点将更易于领会，其中:
[0036]图1是根据本发明的一个方面构造的活塞和连杆的总成的部分剖视的立体示意图；
[0037]图2是图1的总成的活塞的部分剖视的立体示意图；
[0038]图2A是类似于图2的示意图，示出了根据本发明的另一个方面的活塞的一个实施例；
[0039]图3是图2的活塞的仰视图；
[0040]图4是图1的总成的部分剖视的侧面的立体示意图；
[0041]图5是图1的总成的仰视立体示意图；
[0042]图6是连杆的小端的部分剖视的立体示意图，该连杆示出为螺接至图1的总成的活塞销；
[0043]图7是图1的总成的连杆的小端的立体示意图；
[0044]图8是图1的总成的活塞销的横截面侧视图；
[0045]图9是根据本发明的另一个方面构造的活塞的局部剖视的立体示意图；
[0046]图10是根据本发明的又一个方面构造的活塞的局部剖视的立体示意图；
[0047]图1OA是大致沿着图10的活塞的销孔轴的横截面侧视图；
[0048]图11是根据本发明的又一个方面构造的活塞的局部剖视的立体示意图；
[0049]图1lA是大致沿着图11的活塞的销孔轴的横截面侧视图；
[0050]图1lB是沿着相对于图11的活塞的销孔轴倾斜的横截面的立体示意图；
[0051]图1lC是图11的活塞的仰视图；
[0052]图1lD是类似于图1lC的示意图，示出了图11的活塞的可替换实施例；
[0053]图12是根据本发明的又一个方面构造的大致沿着活塞的销孔轴的剖面示意图；
[0054]图12A是大致沿着图12的活塞的顶部的销孔轴的剖面示意图；
[0055]图12B是大致沿着图12的活塞的底部的中心轴的剖面示意图；
[0056]图12C是