发动机活塞的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种内燃发动机，更具体而言，涉及在发动机缸孔内操作的活塞。
【背景技术】
[0002]内燃发动机典型地包括通过连杆互连至曲轴的一个或多个活塞。这些活塞典型地布置成在形成于曲轴箱中的缸孔内往复运动。典型的活塞包括:头部，该头部至少部分地限定位于各个缸孔内的燃烧室；和裙部，该裙部典型地包括用于连接至发动机连杆的销开口和其它支承结构。通常，活塞形成为具有大体杯状形状，其中活塞头形成基部，而裙部连接至该基部并且包围活塞的封闭油道。在典型的应用中，在操作过程中将来自发动机的润滑油供应到活塞的油道内，以对流地冷却和润滑活塞的各个部分。
[0003]典型的活塞头还包括筒形外壁，该筒形外壁具有形成在其中的一个或多个周向连续凹槽。这些凹槽典型地彼此平行地延伸并且尺寸大小被适当地设置成在其中容纳密封环。这些密封环在各个活塞与各个活塞在其中操作的曲轴箱缸孔之间产生滑动密封。典型地，最接近活塞裙部定位的凹槽容纳刮油环，该刮油环被布置成在活塞的下行冲程过程中将附着在活塞缸孔壁上的油刮除。活塞下行冲程之后可能留下的润湿缸孔壁的油可能进入燃烧室并且在发动机操作过程中燃烧。
[0004]通常，活塞通过在发动机的缸体中形成的缸孔内往复运动来操作，这产生了能够压缩在其中提供的燃料/空气混合物的可变容积。燃烧的燃料/空气混合物膨胀并且推动活塞，以增加可变容积，因而产生动力。燃料可以直接或间接地提供到该可变容积内，而空气和排气通过将该可变容积与进气和排气收集器选择性地流体连接的一个或多个进气阀和排气阀提供给该可变容积或从该可变容积去除。
[0005]用来构建发动机气缸壁、活塞、与可变容积相关的各种阀以及其他周围的发动机结构的材料被选择成能够承受发动机操作过程中存在的高温和高压。活塞的各种特征结构也被设置形状为促进燃料在活塞内的有效燃烧、与发动机气缸相关的各种发动机部件的可靠性、以及其它考虑。然而，总是期望增加这些和其它发动机部件的可靠性和使用寿命，并且在减少燃料消耗和排放以及增加动力和效率方面促进发动机的有效操作。
【发明内容】
[0006]在一个方面中，本发明描述了一种用于内燃发动机的活塞。该活塞包括形成冠部和裙部的活塞本体。所述裙部包括销孔，该销孔被布置成接纳用于将所述活塞连接至连杆的销。所述裙部进一步形成沿着所述裙部的外边缘的两个引导表面。所述冠部形成包围所述冠状部的大致的筒形表面、该大致的筒形表面中形成有彼此平行地延伸的至少两个凹槽。所述至少两个凹槽限定沿着所述大致的筒形表面的顶部凸台表面(land surface)、底部凸台表面和至少一个中间凸台表面。
[0007]在一个公开的实施例中，所述顶部凸台表面具有在沿着所述活塞的中心线的方向上的高度，其中所述活塞具有被配置成允许所述活塞在具有标称内直径的缸孔内操作的标称外直径。所述顶部凸台表面的高度和所述缸孔的标称内直径之间的比率在3%到4.5%之间。另外，各个引导表面在沿着所述活塞的中心线的方向上在所述裙部的外部上延伸一段高度，并且所述销孔具有沿着所述活塞的中心线的方向完全在所述两个引导表面的相应高度内延伸的直径，使得所述裙部通过抵消通过所述活塞缸孔施加并存在于所述活塞中的力和力矩而在活塞缸孔内在操作过程中完全支承该活塞。
【附图说明】
[0008]图1是根据本发明的活塞的局部视图。
[0009]图2是图1的活塞的底部视角的轮廓图。
[0010]图3、4和5是图1的活塞的各个部分的局部放大视图。
[0011]图6是根据本发明的活塞的替代实施例的局部视图。
【具体实施方式】
[0012]本发明涉及用于在内燃发动机中使用的活塞。在一个方面中，本发明提供了用于具有能够建立流场和湍流以促进燃料在气缸内的燃烧的特征结构的发动机活塞的各种实施例。根据发动机操作的类型，例如，火花点燃或压燃，活塞的这些特征结构能够操作以在活塞内容纳、混合和/或引导各种含有质量(物质)的燃料，以增加发动机效率，降低热排放，缩短燃烧时间，并且还控制部件温度，因而增加部件可靠性和使用寿命。如这里讨论的，物质在气缸内的混合或引导可以至少瞬间地发生，并且可以持续不超过千分之几秒，同时或在该时段的一些部分上在该气缸内存在燃料注入和/或燃烧火焰。
[0013]为了说明根据本发明的发动机活塞的特定特征，在图1中从侧面视角示出了用于发动机的活塞100的局部视图，并且在图2中示出了从底部视角的该活塞的轮廓视图。活塞100包括冠部102和裙部104。裙部104形成用来容纳将活塞枢转地连接至连杆(未示出)的销(未示出)的销孔106，连杆以公知方式连接至发动机曲轴(未示出)。裙部104还包括布置在活塞100的在直径方向上相对两侧的两个引导表面105。在一替代实施例中，这些引导表面可以集成为基本围绕活塞延伸的单个引导表面。在示出的实施例中，所述两个引导表面105至少沿着活塞的包括活塞横截面103的横截面延伸，该活塞横截面103在图1中示出并且如图2所示垂直于销孔106的中心线C/L。在活塞的任一侧，所述两个引导表面105都可以在活塞外周的两个角部分上延伸，在图2中，各个角部分由α表示，并且延伸大约70度到90度。在示出的实施例中，对于围绕活塞100总共约154度的覆盖，每个角α约为77度。
[0014]现在参照图1，两个引导表面105中的各个引导表面在沿着活塞100的中心线C的方向上在裙部104的外部部分上延伸一段高度H。在示出的实施例中，销孔106的沿着活塞100的中心线C的直径D至少部分地与引导表面的高度H重叠，使得在操作过程中裙部104通过抵消位于借助于销布置在销孔106中的连杆和其中布置有活塞的活塞缸孔之间的活塞中存在的力和力矩而部分地支承活塞100。在示出的实施例中，为了给活塞提供完全支承，即完全覆盖销孔106，该活塞包括第二引导表面(次要引导表面)108，该第二引导表面108被形成为位于形成在冠部102的外周的筒形外壁112中的活塞环凹槽110之间的第二凸台。
[0015]更具体地说，冠部102包括在筒形外壁112中的活塞环凹槽110。活塞环凹槽110容纳环状密封件(未示出)，这些环状密封件可滑动地且一般可密封地接合发动机气缸的壁，活塞100往复运动地布置在该气缸内。两个引导表面105和第二引导表面108的外直径被布置成使得防止活塞在操作过程中在其中往复运动地布置该活塞的缸孔内旋转或粘连住。此外，两个引导表面105和第二引导表面108共同覆盖沿着活塞的中心线C的长度，该长度沿着同一方向完全包括销孔106，从而提供了完全覆盖。
[0016]关于活塞100的其他功能特征，参照如图1中所示的活塞100的取向，冠部102形成了具有大体凹入形状的碗状结构114。碗状结构114被边缘116包围。边缘116相对于中心线C居中地布置，并且具有大体圆形形状。围绕碗状结构144的边缘116布置环状形状的、平坦的冠表面118。图3中示出了碗状结构114的详细放大视图。如能够在图3中看到的，碗状结构114形成了与边缘116相邻的截锥形的壁表面117。该截锥形的壁表面117包围碗状结构114，并且相对于冠表面118以大约80度的角β形成。
[0017]围绕碗状结构的中心的是相对于活塞100居中地布置的凸表面120。凸表面120具有约155mm的半径R1，但是也可以选择其它半径。从功能角度来看，凸表面120的半径确定了碗状结构114的总体容积，总体容积进而确定了活塞在缸孔内位于上止点位置时燃烧室的容积以及发动机的压缩比。