专利名称：具有低摩擦力裙部的整体活塞的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及内燃机，尤其涉及整体活塞。 现有技术众所周知，内燃机特别是柴油发动机通常使用整体构造而成的活塞，该活塞具有整块材料形成的固定裙部。该裙部通常具有矩形构型，该矩形构型在两个相对的销座之间连续地向下延伸到基本笔直的底边。虽然该裙部通常能在缸膛内有效引导活塞，但其存在与生俱来的缺陷。首先，由材料构造为连续矩形壁的裙部增加了活塞的总体重量。增加的重量将减少相关组件的使用寿命，因为分到相关组件上的惯性力将增加，同时将降低发动机的燃油经济性。进一步地，裙部的增加面积将与缸套产生摩擦力，因此进一步减少发动机的使用寿命和燃油经济性。除了这些缺陷外，具有连续矩形裙壁的裙部将减小销座的灵活性。因此，在活塞的冲程过程中，销座不能随着活塞销活动，从而，增加了活塞销接头与销孔产生的摩擦力。又进一步地，裙部的制造被证明是很困难的，因为过去常用的裙部构造工艺必须提供整个裙部区域的壁轮廓和厚度的精确构造。人们已经做出了一些尝试以减小裙部的面积和重量，包括构造具有从下表面向上延伸到销孔轴的凹槽的裙部，但是，这些努力未能实现最大化地减小裙部的面积和重量，并且前面提到的裙壁与缸膛之间，以及活塞销接头和销孔区域的摩擦力问题依然大部分存在。根据本发明构造的整体活塞克服了或者至少大大减少了上面讨论的问题所引起的缺陷，从而使发动机工作在提高的性能等级下，除了延长其使用寿命外，同时还减小其燃料消耗量、油耗量及废气排放。
发明内容
根据本发明一方面构造的用于内燃机的活塞具有上冠部且一对从该上冠部下垂的销座，该销座具有沿中心销孔轴轴向对齐的销孔。一对横向间隔开的裙部与销座固定连接并下垂到最低自由边。至少一个裙部具有从最低自由边越过销孔中心轴向上延伸的凹槽。根据本发明的另一方面，从最低自由边向上延伸的凹槽与销孔的最高部分基本相切。根据本发明的另一方面，该凹槽大致呈U型。根据本发明的另一方面，在活塞推力侧的裙部具有凹槽，而在活塞止推侧的裙部不具有凹槽。
根据本发明的另一方面，两个裙部均具有凹槽。按照预期，根据本发明构造的活塞将在活塞的完整周期中显示出改善的油流，减小活塞周期的动态粘性摩擦力，改善贯穿整个周期的活塞导向，减少缸套气穴现象，减小活塞的粘性摩擦力损失，减少活塞环形槽内和槽内活塞环上的积碳，增强销座的灵活性，减小活塞销接头与销孔的摩擦力，改善活塞环的运动，减少油耗量及顶部积碳的形成，从而减少主要由积碳引起的孔抛光，减少废气排放，以及总体提高发动机的运行性能和寿命。这些有益效果的总和将减少发动机的燃料消耗，促使同样多的燃料能运行更长的距离。
结合下文详细描述的优选实施方案、最佳实施例、附加权利要求和附图，本发明在所述的或者其它方面的特性和优点将更加容易理解，其中图1是根据本发明一个优选实施例构造的活塞的部分横截面视图；图2基本是沿图1的2-2线的横截面视图；图3基本是沿图的3-3线的横截面视图；图4是图1的活塞的仰视图；及图5是根据本发明另一优选实施例构造的活塞的类似于图4的视图。
具体实施例方式详细的参阅附图，图1-4示出了根据本发明一优选实施例构造的用于在内燃机缸膛(未示出)内往复运动的活塞10，例如，该内燃机可以是重型柴油发动机。活塞10具有通过浇铸、锻造或者其它工艺构造的本体12，该本体12沿中心纵轴14延伸，活塞10沿该中心纵轴14在缸膛内往复运动。本体12在此作为示例而不仅限于具有与下冠部18相连的上冠部16。下冠部18具有一对从上冠部16下垂的销座20以提供横向间隔开、沿销孔轴 24对齐的销孔22，该销孔轴M大致垂直于中心纵轴14延伸，销座20通过支撑件28连接到横向间隔开的裙部26。裙部沈穿过销孔轴M彼此径向相对间隔开，并且具有凸起的外表面30以配合缸膛，当活塞10在缸膛中往复运动时将活塞10保持在期望的方向。在往复运动中，裙部26的外表面30与缸膛壁之间产生并维持流体动力油膜，以减小它们之间的动态摩擦力。为了提高发动机的性能及最大化发动机的使用寿命，至少一个裙部(在图5中示出为裙部沈中的一个裙部，优选为位于活塞10推力侧的裙部)以及作为示例而非限制的图1-4中示出的两个裙部沈具有大致呈U型的凹槽32，凹槽32从裙部的最低边34向上延伸，在裙部外表面30的中心形成凹槽32。凹槽32减小了活塞10的总体重量，减小了与缸壁产生的潜在摩擦力，减小了使用中产生的惯性力，并且改善了活塞10的工艺性。这里示出的活塞10的上冠部16具有上表面36，一燃烧碗38凹入该上表面36以给缸膛提供所需气流。一外壁或环带40从上表面36向下延伸，至少一个环形环槽42形成于环带40中以浮动地容纳活塞环(未示出)。这里示出的下冠部18通过例如锻造工艺与上冠部16分开形成，然后连接下冠部 18与上冠部16，其中，上下冠部16、18可以通过例如焊缝44连接在一起。应该理解，根据本发明构造的活塞10可以具有通过例如铸造工艺的其它工艺形成的上下冠部，并且可以使用焊缝以外的机制来连接该上下冠部。
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最佳的如图1所示，为了最大化地减小重量和摩擦力，在此作为示例而非限制，凹槽32如图所示从最低边34越过中心销孔轴M向上延伸。凹槽32向上延伸到弧形上表面 46，弧形上表面46如图所示基本与销孔22的最高表面相切。这样，凹槽32的高度大致被中心销孔轴M平分，在中心销孔轴M的下方形成圆锥形部分48，在中心销孔轴M的上方形成大致的U型部件50。因此，凹槽32最宽的部分邻近最低边34，凹槽32最窄的部分邻近上表面46。按照预期，凹槽32可以是所示出的形状以外的其它形状，例如凹槽32的两边大致互相平行且通过半径(radius)或脊(filet)与上表面46混合。进一步地，可以依照特定应用的要求调整凹槽32的高度，从而可以延伸到中心销孔轴M以上或以下。由于凹槽32朝着最低边34敞开，裙部内具有周向封闭的裂缝，从而大大简化了裙部沈的构造工艺。由于凹槽32是敞开的，例如钻孔和/或铣削的二次操作就不是必要的， 所以可以减少或者取消二次操作。进一步地，由于凹槽32占据了裙部沈的中心区域，需要通过例如锻造来加工的材料大大减少。又进一步地，与不提供凹槽32相比，该扩大的凹槽 32给销座20提供了增强的灵活性，因为裙部沈可以更加自由随着销座20活动。这样将允许销孔22与连杆(未示出)小的一端之间的活塞销接头在活塞10的整个冲程过程中根据需要活动，从而使活塞销接头处的摩擦力最小化，使活塞销与销座20之间变形的风险最小化。又进一步地，凹槽32减小了裙部外表面30与缸膛表面的接触面积，从而减小裙部沈与缸膛表面之间产生的摩擦力。显然，鉴于上述教导，本发明可以有多种修改和变形。因此，应该理解，在所附权利要求的范围内，本发明还可以除上文描述的具体实施方案以外的其它方式实施。
权利要求
1.一种整体活塞，其特征在于，包括具有上冠部的活塞本体；一对从所述上冠部下垂的销座，所述销座具有沿销孔轴彼此对齐的销孔；以及一对横向间隔开的裙部，该裙部固定连接到所述销座，所述裙部从所述上冠部下垂到最低自由边，至少一个所述裙部具有从所述最低自由边越过所述销孔轴向上延伸的凹槽。
2.如权利要求1所述的整体活塞，其特征在于，所述凹槽从所述最低自由边向上延伸至与销孔的最高部分基本相切。
3.如权利要求2所述的整体活塞，其特征在于，两个所述裙部均具有所述凹槽。
4.如权利要求2所述的整体活塞，其特征在于，该凹槽大致呈U型。
5.如权利要求1所述的整体活塞，其特征在于，所述活塞本体仅具有一个所述凹槽。
6.如权利要求5所述的整体活塞，其特征在于，所述活塞本体具有推力侧和止推侧，在所述推力侧的所述裙部具有所述凹槽，而在所述止推侧的所述裙部不具有所述凹槽。
全文摘要
一种用于内燃机的活塞具有上冠部，一对销座从该上冠部下垂，其中，该销座具有沿中心销孔轴轴向对齐的销孔。一对横向间隔开的裙部固定连接到该销座并下垂到最低自由边。至少一个裙部具有从最低自由边越过销孔中心轴向上延伸的凹槽。
文档编号F16J1/00GK102575766SQ201080044067
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者诺伯特·施奈特 申请人:费德罗-莫格尔公司