活塞及連接桿組件的制作方法
【專利摘要】在由活塞(2)和連接桿(17)構成的用于燃燒發(fā)動機的組件(1)中，活塞包括活塞冠(3)、活塞裙(4)和用于容納活塞銷(6)的部分(10,14)，活塞旨在通過活塞銷支承在連接桿上?；钊咕哂型耆]合的底部部分(15)，且在用于容納活塞銷的其部分中具有孔口(16)，其密封活塞銷，但在其它情況下完全地包圍活塞冠的底部部分(12)和用于容納活塞銷的活塞冠部(10)。連接桿還具有在其面對活塞的端部(19)中的叉形。同樣提供了用于分別在此組件中使用的活塞和連接桿。
【專利說明】活塞及連接桿組件

【技術領域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及一種燃燒發(fā)動機，并且具體地關于一種由活塞和連接桿構成且適于在高溫下工作的組件。

【背景技術】
[0002]用于燃燒發(fā)動機的燃燒室和活塞的設計一方面已經(jīng)主要集中于減小實際的缸上和活塞上的負載，活塞具有相關聯(lián)的活塞環(huán)、油環(huán)和在其中移動活塞銷。這通常已經(jīng)通過使用用于有效地將熱從所述部分引導出且從而降低其工作溫度的不同冷卻布置來實現(xiàn)。目的已經(jīng)在于減小部分上的實際溫度負載，且減少由于不同的相對移動的協(xié)作部分的不同熱膨脹程度引起問題，即，主要在活塞/活塞環(huán)與缸開孔之間。
[0003]另一方面，已經(jīng)在嘗試將燃燒發(fā)動機的燃燒室和活塞構造成使得燃燒工作可在沒有副作用的情況下在很高的溫度下執(zhí)行。其目的在于已經(jīng)通過減小熱損失來提高發(fā)動機效率，且改善燃燒，且從而降低燃燒消耗，且一定程度上獲得污染的減少。此升高的溫度由于熱膨脹現(xiàn)象而在其它情況下可引起對活塞和對其活塞環(huán)的破壞。為了避免此類問題，例如，已經(jīng)提出了分開的活塞構造，其具有形成活塞冠且經(jīng)歷最高溫度的部分與支承活塞環(huán)的活塞裙之間的隔熱間隙。通過使用這些活塞部分之間的間隙，且通過在其中提供特殊密封件，有可能消除或至少抑制活塞冠部與其裙部之間的不同熱膨脹的效果。通常，不同材料也用于這些部分，以便例如活塞冠部由鋼制成且活塞裙由鋁合金制成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的總體目的在于消除或至少減少上述問題。
[0005]本發(fā)明的更特殊的目的在于提供用于燃燒發(fā)動機的改進的活塞和連接桿組件，其適用于較高的工作溫度。
[0006]本發(fā)明的其它特殊目的在于提供分別在此活塞和連接桿組件中使用的活塞和連接桿。
[0007]這些及其它目的通過如所附權利要求限定的本發(fā)明來滿足。
[0008]本發(fā)明大體上涉及用于燃燒發(fā)動機且由活塞和連接桿構成的組件。活塞具有活塞冠、活塞裙和其容納活塞銷的部分，借助于活塞銷，活塞冠和活塞裙支承在連接桿上。在基本構造中，活塞裙具有完全閉合的底部部分，且在其用于容納活塞銷的部分中，其還具有密封后者的孔口。此外，活塞裙完全地包圍活塞冠的底部部分，以及其容納活塞銷的部分。最后，連接桿具有在其面對活塞的端部中的叉形。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的其它方面，其提供了適合的活塞和適合的連接桿，其分別適用于在根據(jù)本發(fā)明的活塞和連接桿組件中使用。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的活塞和連接桿組件的基本構造提供了以下優(yōu)點:
減小活塞冠與熱發(fā)動機油之間的熱傳遞；且從而
延長發(fā)動機油的使用壽命； 減少活塞下表面處的焦化現(xiàn)象；
通過更完全燃燒減少燃料消耗；以及組件的較少的構件部分。
[0011]本發(fā)明及其實施例的其它發(fā)展方案在從屬權利要求中指出。
[0012]在閱讀本發(fā)明的實施例的以下詳細描述時，將容易認識到本發(fā)明的其它優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]本發(fā)明及其其它目的和優(yōu)點將通過結合附圖參照以下描述來最佳地理解，在附圖中:
圖1為根據(jù)本發(fā)明的具有連接桿的活塞的實施例的側視圖；
圖2為根據(jù)本發(fā)明且如圖1中所示的沿圖1中指出的第一線A-A的穿過具有連接桿的活塞的縱截面；
圖3示出了在沿穿過圖1的連接桿的第二線B-B的區(qū)段中的根據(jù)本發(fā)明且如圖1和圖2所示的具有連接桿的活塞的實施例；以及
圖4為從根據(jù)圖1-3的活塞中的活塞冠的下方看的示意性透視圖。

【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明及其原理在下文中參照活塞和連接桿組件，以及分別用于此組件的活塞和連接桿的示例性實施例來闡釋。這些實施例在附圖的圖1-4中示意性地部分示出，且涉及根據(jù)本發(fā)明的解決方案的基本原理應用于燃燒發(fā)動機的兩個部分的活塞，這在其基本構造中是之前已知的。所示的構造作為此申請的實例來給出，且應當強調(diào)的是，圖示具有公開優(yōu)選實施例的唯一目的。因此，它們不旨在將本發(fā)明限于特定應用，或限于附圖中所示的細節(jié)。
[0015]回頭參看介紹論述，很清楚的是，由旨在以升高溫度工作的發(fā)動機引起的許多問題都取決于熱膨脹現(xiàn)象、焦化問題和由此引起的效果。本發(fā)明針對通過提出新的活塞和連接桿組合來找出這些問題的解決方案，這以全新的方式允許了排熱和焦化問題?；旧希@些解決方案涉及保護活塞的最熱部分(即，活塞冠且尤其是其下側)免于接觸發(fā)動機中的油。這些解決方案的基本特征在于活塞裙的下側具有有效地保護活塞冠的下側的閉合的底部部分的特定構造。
[0016]如上文提到那樣，附圖示出了用于燃燒發(fā)動機且由活塞2和連接桿17構成的組件
I?；钊?為兩部分類型，其中活塞冠3和活塞裙4由單獨的部分構成?；钊?和活塞裙4兩者都分別具有支承部分10和14，以用于容納活塞銷6，活塞銷6在附圖中示意性地示出。借助于活塞銷6，活塞冠3和活塞裙4旨在關于連接桿17樞轉(zhuǎn)地支承，連接桿17在附圖中僅部分地示出。此活塞2尤其適用于在具有較高工作溫度的發(fā)動機中使用。這部分地歸因于其允許在經(jīng)歷最高溫度的冠3和在其外圓周處具有用于容納常規(guī)的未明確示出的活塞環(huán)的凹槽5的裙4中使用不同的特殊改變的材料。如上文指出那樣，各種部分的不同材料可例如由冠3中的鋼和裙4中的鋁合金構成。不同部分之間的間隙8(間隙借助于適合的密封布置7密封)還有助于組件I的耐熱性。密封的間隙8確保經(jīng)歷最高溫度的活塞冠3的熱膨脹不傳遞至活塞裙4。這很重要，以免使活塞環(huán)過載。通過使活塞冠3的溫度移動到間隙8中，將有可能防止密封地接合發(fā)動機的發(fā)動機缸壁(未示出)的活塞環(huán)抵靠該缸壁卡住或堵塞。
[0017]活塞冠3基本上由大體上盤形的上部9構成，其繼續(xù)到其部分10中以用于容納活塞銷6，這繼而又不間斷地繼續(xù)到向下的完全閉合的底部部分12。活塞冠部10優(yōu)選為密封地支承在活塞銷6上，活塞銷6借助于橫向地延伸穿過其間的通孔11容納在其中。為了避免由溫差引起且由軸承游隙構成的問題，活塞冠3例如通過壓配合連接來連接到活塞銷6上。還尤其從圖2-4中進一步清楚的是，在所示的實例中，用于容納活塞銷6的活塞冠部分10也基本上形成為具有普通的圓柱形，其具有小于其上盤形部分9的直徑的直徑。圓柱形的相對側上的部分被除去，使得在截面中容納活塞銷6的活塞冠3的部分10具有大體上矩形的形狀，其具有對應于圓柱形的外圓周的圓形短側。開孔11形成為橫向地穿過部分10，且通向由圓柱形的除去部分形成的側部。
[0018]活塞冠4基本上由上部13構成，上部13向上完全開啟，具有普通的圓柱形，且在其外圓周處具有所述活塞環(huán)凹槽5。上部13不間斷地繼續(xù)到活塞裙4的部分14中以用于容納活塞銷6，且然后進入向下完全閉合的底部部分15。所有這些活塞裙4的部分以及所有所述活塞冠3的部分優(yōu)選為形成為單件?；钊N6的支承部分14從而構造成具有延伸穿過活塞裙4的外壁的孔口 16，以用于密封活塞銷6，且提供成在直徑方向上彼此相對。用于活塞銷6在活塞裙4中的支承或樞接可以以任何常規(guī)且技術人員公知的方式來構造，相對于周圍的未示出的缸中的發(fā)動機油來固定向外的密封件。因此，其已經(jīng)在附圖中明確示出。正如活塞冠3，用于容納活塞銷6的活塞裙4的部分14基本上形成為具有普通圓柱形，其在此情況下與上部13相同。圓柱形的相對側上的部分也在這里除去，以便在截面中容納部分14的活塞銷6具有大體上矩形形狀，其具有對應于圓柱形的外圓周的圓形短側。
[0019]此外，具有其活塞銷6容納部分14及其閉合的底部部分15的活塞裙4完全地包圍活塞冠3的底部部分12以及其活塞銷6容納部分10。從而有效地防止來自發(fā)動機的油接觸不同的活塞冠3的零件和部分，且通過它們防止過熱。具體而言，活塞裙4的部分13，15和部分14適于活塞冠3的對應部分9，12和部分10的形狀。當安裝在活塞銷6上時，活塞冠3和活塞裙4形成其間的不間斷或連續(xù)的隔熱間隙8。間隙8形成在活塞冠3的上部9、用于容納活塞銷6的其部分10和其閉合的底部部分12的外表面與活塞裙4的上部13、其用于容納活塞銷6的部分14及其閉合的底部部分15的內(nèi)表面之間。因此，間隙促進了相對于活塞冠3的底側的隔熱，活塞冠3的底側一般是活塞2的最熱表面。因此，活塞冠3與活塞裙4材料之間的熱傳遞不會出現(xiàn)，或可至少較大地減少。
[0020]在活塞裙4的上部13的上區(qū)域處，活塞冠3與活塞裙4之間的間隙8優(yōu)選為借助于密封件7密封，密封件7支承在活塞冠3的活塞銷6容納部分10的外表面處凹槽中。盡管活塞冠3與活塞裙4之間的間隙8在附圖中示為具有一定寬度，但很明顯的是，取決于應用，該間隙8可構造成具有大于或小于所示的寬度。例如，較寬的間隙可用于很高的工作溫度，以便有效地防止熱從活塞冠3傳遞至活塞裙4。另一方面，當有限的空間在活塞2中可用時，較窄的間隙是可能的，且還為了減少活塞冠與活塞裙之間的非期望的移動。如論如何，間隙可適于在活塞冠的上部與活塞裙的上部之間在頂部處比其下部處更窄。
[0021]從圖1-3中清楚的是，組件I使用特殊構造的連接桿17，其具有在其面對活塞2的端部19處的叉形。叉形由兩個間隔開的叉刺21，22形成，其從在附圖中部分地示出的連接桿17的主要部分20開始。主要部分20的相對端部在這里未示出，但具有用于軸承支承(journal)在同樣未示出的曲軸上的很常規(guī)的結構。在實例中，叉刺21，22由兩個間隔開的耳部構成，各個均具有用于支承活塞銷6的大致中心開孔18。在組裝狀態(tài)中，叉刺/耳部21，22從相對側抓住活塞裙4的閉合的底部部分15，以及容納和密封活塞銷6的其部分
14。在此情況下，具有面對活塞2的其叉形端部19 ( S卩，具有間隔開的叉刺/耳部21，22的端部)的連接桿17也從相對側抓住活塞冠3的閉合的底部部分12和容納和密封活塞銷6的其部分10。活塞銷6分別在活塞冠3和活塞裙4中完全延伸穿過對準的開孔11，16，且至少部分地穿過叉形端部19的間隔開的叉刺21，22中的開孔18。
[0022]活塞2的部分中的材料的選擇部分地取決于預期的應用，但如上文提到那樣，活塞冠3應當大體上由鋼或另一耐熱材料制成，而活塞裙4可有利地包含較輕的材料，如鋁。此外，如所示實施例中那樣，活塞冠3可為同質(zhì)的。在活塞冠3或具體是其部分10期望減輕重量的應用中，且一定程度上，其底部部分12可作為備選具有中空形狀。
[0023]利用此創(chuàng)造性活塞和連接桿組件1，實現(xiàn)了設定目標，即，保護活塞2且具體是活塞冠3的底側免于〃焦化〃，即，油到達其上且燒傷。利用該構造，活塞2的工作溫度還可升高，這提供了改善的燃燒和較低的燃料消耗。由于發(fā)動機中的油不會冷卻活塞2的最熱部分，即，活塞冠3，故發(fā)動機油還可在延長的操作小時數(shù)期間保持其質(zhì)量。通過借助于其支承部分14將活塞裙4配合到活塞銷上，支承部分14在組裝狀態(tài)中將后者密封地連接到活塞銷6上，且尤其還可保護支承在實際活塞冠3和活塞裙4中的其部分免于熱油的影響。其目的同樣在于有效地密封，以便熱油不可進入活塞裙4與活塞冠3的底側之間的間隙8中。
[0024]在備選但并未在本發(fā)明中明確示出的實施例中，可使用其不同的所示部分的變型或改型，而并未脫離本發(fā)明的范圍。首先，本發(fā)明不限于兩部分活塞的所示和所述的示意性設計。盡管目前可認為是本發(fā)明將在明確旨在在較高溫度下操作的發(fā)動機中具有其主要應用領域，但本發(fā)明在其最寬的范圍中還覆蓋此活塞的變型和改型，其中其特性化特征提供與上文所述的那些相同的基本功能和優(yōu)點。該實例可為活塞冠和活塞裙的互補的相互配合部分的另一個構造。
[0025]盡管已經(jīng)具體參照旨在明確用于重型車輛的相對低速的四沖程發(fā)動機的應用公開了本發(fā)明，但本發(fā)明應當決不限于此類具體應用。因此，本發(fā)明的基本原理可應用于其它類型的發(fā)動機和用于其它類型的車輛。
[0026]已經(jīng)結合實施例描述了本發(fā)明，該實施例是目前認為是最實用且適合的，但應當理解的是，本發(fā)明不限于公開的實施例。其還覆蓋本文所示和/或所述的特征的任何實際上可行的組合，且因此旨在覆蓋包括在所附權利要求的精神和范圍內(nèi)的各種改型和等同布置。
【權利要求】
1.一種用于燃燒發(fā)動機的組件(I)，所述組件(I)由活塞(2)和連接桿(17)構成，由此所述活塞包括活塞冠(3)、活塞裙(4)和用于容納活塞銷(6)的其部分(分別為10和14)，借助于所述活塞銷出)，所述活塞冠和所述活塞裙旨在樞轉(zhuǎn)地支承在所述連接桿(17)上，其特征在于: a)所述活塞裙具有完全閉合的底部部分(15)； b)所述活塞裙在用于容納所述活塞銷的其部分(14)中具有密封所述活塞銷的孔口(16)，但在其它情況下完全地包圍所述活塞冠的底部部分(12)以及用于容納所述活塞銷的所述活塞冠部(10);以及 c)所述連接桿具有在其面對所述活塞的端部(19)中的叉形。
2.根據(jù)權利要求1所述的組件(I)，其特征在于，所述連接桿(17)在具有間隔開的叉刺(21，22)的面對所述活塞的所述叉形端部(19)中從相對側抓住所述活塞裙(4)的閉合底部部分(15)和密封所述活塞銷￠)的其部分(14)。
3.根據(jù)權利要求2所述的組件(I)，其特征在于，在所述組裝狀態(tài)中，所述連接桿(17)在具有所述間隔開的叉刺(21，22)的面對所述活塞的其叉形端部(19)中從相對側還抓住所述活塞冠(3)的閉合的底部部分(12)，以及用于容納所述活塞銷(6)的其部分(10)，以及其中所述活塞銷完全延伸穿過所述活塞冠(3)的所述部分(10)且穿過用于容納所述活塞銷(6)的所述活塞裙(4)的部分(14)，且至少部分地穿過所述連接桿的叉形端部(19)中的間隔開的叉刺(21，22)。
4.根據(jù)權利要求1至權利要求3中任一項所述的組件(I)，其特征在于，連續(xù)隔熱間隙(8)形成在所述活塞冠(3)的上部(9)、用于容納所述活塞銷(6)的其部分和其閉合的底部部分(12)的外表面與所述活塞裙⑷的上部(13)、用于容納所述活塞銷(6)的其部分(14)和其閉合的底部部分(15)的內(nèi)表面之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的組件(I)，其特征在于，密封件(7)支承在所述活塞冠(3)的外表面處，以用于密封活塞冠與活塞裙(4)之間的所述間隙(8)。
6.根據(jù)權利要求1至權利要求5中任一項所述的組件(I)，其特征在于，所述活塞冠(3)同樣具有底部部分(12)，其完全地閉合且在用于容納所述活塞銷(6)的其部分(10)中具有通孔(11)，所述通孔(11)橫向的延伸穿過其間，且密封容納在其中的所述活塞銷。
7.根據(jù)權利要求1至權利要求6中任一項所述的組件(I)，其特征在于，所述活塞冠(3)為均質(zhì)的，或作為備選，在其底部部分(12)中和在用于容納所述活塞銷(6)的其部分(10)中具有至少部分中空的形狀。
8.一種用于根據(jù)權利要求1至權利要求7中任一項所述組件(I)的活塞(2)，具有活塞冠(3)、活塞裙⑷和容納活塞銷(6)的其部分(分別為10和14)，借助于所述活塞銷(6)，所述活塞冠和所述活塞裙旨在樞轉(zhuǎn)地支承在連接桿(17)上，其特征在于: a)所述活塞的活塞裙具有完全閉合的底部部分(15);以及 b)所述活塞裙的閉合底部部分不間斷地繼續(xù)到容納所述活塞銷的其部分(14)中，所述部分具有孔口(16)，其密封所述活塞銷，但在其它情況下完全地包圍所述活塞冠的底部部分(12)以及容納所述活塞銷的所述活塞冠部(10)。
9.根據(jù)權利要求8所述的活塞(2)，其特征在于，所述活塞冠(3)同樣具有底部部分(12)，所述底部部分(12)完全地閉合且不間斷地繼續(xù)到其活塞銷(6)的容納部分(10)中，所述部分具有橫向地延伸穿過其間且密封容納在其中的所述活塞銷的通孔(11)。
10.一種用于根據(jù)權利要求1至權利要求7中任一項所述的組件(I)的連接桿(17)，所述組件包括活塞(2)和連接桿，其特征在于，在組裝狀態(tài)中，所述連接桿在面對所述活塞的端部(19)中具有帶間隔開的叉刺(21，22)的叉形，其從相對側抓住所述活塞(2)的零件和部分(10，12，14，15)。
【文檔編號】F02F3/02GK104160138SQ201280066932
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2012年9月7日 優(yōu)先權日:2011年11月11日
【發(fā)明者】彼得·尼貝格 申請人:彼得·尼貝格