專利名稱：帶有扭轉(zhuǎn)裙板的活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用活塞，具體地說，涉及一種通過裙板將一體的 活塞裙連結(jié)到活塞銷轂的活塞。
背景技術(shù)：
用于內(nèi)燃機(jī)的活塞可由多種金屬制成，通常是由如鋁或鋁合金等輕金 屬模鑄而成。這樣的活塞包括一個(gè)活塞頭部分以及一對銷轂，活塞頭上成型 有多個(gè)用于適配活塞環(huán)的環(huán)槽銷轂，該銷轂從活塞頭向下伸出，并成型有軸 向?qū)R的銷孔，用于容納活塞銷，使活塞連接至關(guān)聯(lián)的發(fā)動機(jī)連桿。該活塞 還包括一對裙部，每個(gè)均通過相關(guān)的裙板與銷轂相連接，而裙板通常為平面 或曲面形狀。發(fā)明內(nèi)容
總體來說，本發(fā)明涉及一種活塞總成。該活塞總成一體成型為一整體 且以一個(gè)縱向中心軸為中心。該活塞總成包括一個(gè)活塞頭，該活塞頭包括帶 有多個(gè)環(huán)槽的活塞環(huán)帶。該活塞總成還包括第一裙部和第二裙部，該裙部各 自具有一頂緣以及徑向距離小于所述頂緣的底緣。該裙部還包括第一和第二 側(cè)緣。該活塞總成還包括第一和第二銷轂，其自所述活塞環(huán)帶徑向內(nèi)間隔開 以限定一個(gè)短銷支撐布置。所述銷轂分別具有軸向?qū)R的銷孔，該銷孔的孔 軸垂直于所述縱向中心軸。該活塞總成還包括多個(gè)裙板，其在所述銷轂中的 一個(gè)和所述裙部中的一個(gè)之間延伸，其中每一裙板均包括一個(gè)距所述活塞頭 最近的頂部和距所述活塞頭最遠(yuǎn)的底部以及與所述頂部和底部大體上等距離的中部。每個(gè)裙板沿所述長度方向扭轉(zhuǎn)，以使所述頂部和垂直于所述銷孔軸 的第一平面之間的第一間距與所述底部和所述第一平面之間的第二間距的比 率沿至少部分所述長度增大。
裙板的扭轉(zhuǎn)能使銷轂在適配及適當(dāng)?shù)闹尾煌穸鹊幕钊麜r(shí)具有間隔更近的優(yōu)點(diǎn)。按此特有的優(yōu)點(diǎn)，銷轂可保持相對較窄以減少尺寸和重量， 而且活塞裙可以制造成其頂部寬度明顯大于底部的寬度。本發(fā)明的更進(jìn)一步 的優(yōu)點(diǎn)是，裙的邊緣可以是曲線的，而且當(dāng)裙板另一端與銷轂在大體垂直方 向相結(jié)合或稍微彼此向內(nèi)傾斜地結(jié)合時(shí)，其可按裙的輪廓與裙的整體或部分 邊緣相接合。裙板在縱向上的扭轉(zhuǎn)能使裙板從與銷轂的聯(lián)接處的方向過渡至 裙的邊緣處的不同的寬度和曲線方向。
結(jié)合下面詳細(xì)說明和附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員更容易理解本發(fā)明這些 以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例組成的活塞的仰視透視圖2-9均是圖1所示活塞沿箭頭A方向的截面視圖，顯示了裙板沿其 長度方向的形狀變化；
圖IO是沿圖1中活塞沿銷孔軸的截面視圖11是大體垂直于圖10的視圖穿過裙部的截面視圖12是沿圖1中箭頭B方向剖面的截面視圖。
具體實(shí)施方式
參考附圖，活塞總成由10標(biāo)示，其包括一個(gè)活塞頭12，活塞頭上成 型有環(huán)形活塞環(huán)帶部分14，活塞環(huán)帶上具有用于適配一組活塞環(huán)(圖未示) 的多個(gè)環(huán)槽16。
如圖1-11所示，活塞10包括一對銷轂18，其與活塞頭12由同種材 料整體成型。銷轂18從該活塞頭12的下方向下延伸，并且具有彼此橫向隔 開一段間隙22的內(nèi)表面20。銷轂18上成型有軸向?qū)R的銷孔24，用于容置 活塞銷(圖未示)，以使活塞10連接到從下方延伸至間隙22的連桿小頭(圖 未示)。如圖所示，所述內(nèi)表面20可以是直的或錐形的，以適配連桿小頭的 形狀。銷轂18具有與內(nèi)表面20相對的外表面26，其位置相對活塞總成10的環(huán)帶14徑向向內(nèi)。銷轂18的外壁28在內(nèi)表面20和外表面26之間延伸。
活塞10包括一對活塞裙30，其與活塞10為一整體件制成。裙30從 鄰近活塞頭12的頂緣32延伸至底部自由邊34。該裙30在相對的側(cè)緣36， 38之間周向延伸，所述側(cè)緣36， 38延伸于裙的頂緣32和底邊34之間。如 圖所示，裙30在頂緣32處的徑向?qū)挾却笥谄湓诘拙?4處，由于其頂部和底 部大體是平行的，而側(cè)面是不平行的，裙30具有大體梯形的形狀。所述裙側(cè) 緣36， 38相對活塞總成10的縱向中心軸44可以是曲線形的，或弓形的，也 可以直線的。
可以限定垂直于活塞10的縱向中心軸44的多個(gè)不同的直線寬度。沿 垂直于銷孔24的軸46的一個(gè)軸，在頂緣32處，第一直線寬度可限定在裙30 的徑向外表面之間。第二直線寬度可以限定在沿銷孔軸46的銷轂18的外表 面26之間。第一直線寬度大于第二直線寬度。底緣34的兩個(gè)相對端之間的 直線距離，通常在垂直于活塞總成10的縱向中心軸44的平面內(nèi)，且該距離 小于兩外表面26之間的第二直線寬度。然而，頂緣32的兩個(gè)相對端的直線 距離，通常在垂直于活塞總成10的縱向中心軸44的平面內(nèi)，且該距離大于 兩外表面26之間的第二直線寬度。
活塞10包括裙板40，該裙板將裙30連接至銷轂18。該裙板與銷轂 18和裙30由同種材料作為一整體件一起制造，且與活塞環(huán)帶部分14徑向向 內(nèi)間隔開。根據(jù)上述銷轂18和裙30的幾何形狀，每個(gè)裙板40相對于活塞總 成10的縱向中心軸44扭轉(zhuǎn)一角度，以便于既可與銷轂18又可與裙30結(jié)合 為一體。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，參考圖1，裙板40從鄰近活塞頭12 的第一頂角48以及與第一頂角相對置的第一底角50，背向銷轂18向外延伸。 該裙板40延伸至鄰近活塞頭12的第二頂角52以及第二底角54。圖2-9是 一系列顯示了裙板40扭轉(zhuǎn)一角度的視圖。每一視圖均為透視圖，顯示了穿過 裙板40的活塞總成10的截面視圖。圖2-9中各截面是沿一系列從縱向中心 軸逐漸向外的平面剖開的。例如，圖2所示的截面是平行于軸44且偏離軸 44的第一平面。圖3所示的截面是平行于軸44且比第一平面偏離軸44更遠(yuǎn) 些的第二平面。在這些附圖中，添加了兩個(gè)參考軸56， 58以及角60，用以 提供一致的參考源。尤其是，軸56在特定的截面平面內(nèi)延伸，且基本沿裙板 40的厚度居中。軸58也是在特定的截面平面內(nèi)延伸，其平行于縱向中心軸44，基本位于兩個(gè)相對的裙板40的中心。角60是指軸56和58之間的角度。
圖2所示是沿平行于軸44且偏離軸44第一距離的第一平面內(nèi)的剖面 視圖。圖2中的第一平面是大體上穿過鄰近銷孔18的角48， 50的剖面。角 60相對很小，軸56， 58的交點(diǎn)位于視圖范圍之外。按本發(fā)明的一個(gè)可替換 的實(shí)施例，軸56， 58可以是在第一鄰近平面上平行的。
圖3所示是沿平行于軸44且偏離軸44的第二間距大于第一間距的第 二平面的剖面的視圖。角60與圖2中基本上沒有變化，表示了裙板40基本 上是直線延伸的，在第一和第二平面之間沒有扭轉(zhuǎn)。按本發(fā)明的一個(gè)可替換 的實(shí)施例，裙板40可以在其整個(gè)長度上扭轉(zhuǎn)，因而不具有任何直線部分。
圖4所示是沿平行于軸44且偏離軸44的第三間距大于第二間距的第 三平面的剖面的視圖。角60相對圖3中已增大，表示出裙板40開始在第二 和第三平面之間扭摶。由于裙板40是扭轉(zhuǎn)的，因此其與裙30的一個(gè)的側(cè)緣 36或38相交。扭轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)，使裙板40的頂部從相對的短銷型布置的銷轂18 逐漸的延伸至與具有相對較寬的頂?shù)娜?0的頂緣32相交，同時(shí)，裙板40 的底部逐漸延伸至與裙30的相對較窄的底緣34相交。
裙板40的扭轉(zhuǎn)可以由多個(gè)不同的方法限定。作為示例的裙板40包括 沿軸56設(shè)置的頂點(diǎn)62，中點(diǎn)64，以及底點(diǎn)66。圖4中，頂點(diǎn)62與軸58間 距68，中點(diǎn)64與軸58間距70，底點(diǎn)66與軸58的間距72。在扭轉(zhuǎn)的一個(gè) 實(shí)施例中，隨著裙板40從第一平面至第三平面向外延伸，裙板40可以通過 增加間距68形成。扭轉(zhuǎn)還可以通過增大間距68的同時(shí)減小間距72來限定， 此時(shí)裙板40遠(yuǎn)離軸44向外延伸。可替換的，扭轉(zhuǎn)還可以通過保持間距72 不變而同時(shí)增大間距68和70來限定，此時(shí)裙板40向外延伸。可選的，全部 的間距68， 70， 72可以隨裙板40遠(yuǎn)離軸44延伸而一起變化，同時(shí)增大或減 小，但是速率不同。
圖5所示是沿平行于軸44且偏離軸44的第四間距大于第三間距的第 四平面的剖面的視圖。角60相對圖4中已增大，表示出裙板40更進(jìn)一步的 扭摶。在本發(fā)明的實(shí)施例中，圖5還顯示了頂點(diǎn)62與活塞環(huán)帶部分14結(jié)合 起來。在圖2-4中， 一個(gè)凹槽74顯示于活塞環(huán)帶14和裙板40之間。在圖5 中凹槽74在第四平面上已消失了 。如前所述，由于裙板40的頂點(diǎn)62偏離參 考平面的軸58，或只簡單的由于參考平面離軸44越來越遠(yuǎn)，環(huán)狀活塞環(huán)帶 部分14的外部徑向邊緣更接近于軸58，因此活塞環(huán)帶14和裙板40的可會結(jié)合。圖6所示是沿平行于軸44且偏離軸44的第五間距大于第四間距的第 五平面的剖面的視圖。角60相對圖5中己增大，表示出裙板40更進(jìn)一步的 扭摶。而且裙板40的上部移至更接近活塞環(huán)帶14的徑向外表面。圖7-9分 別示出了第六至第八平面的截面視圖，其中各平面平行且彼此間隔。這些附 圖顯示了裙板40與裙30的邊緣36相結(jié)合時(shí)的連續(xù)扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。
裙板40從各銷轂18的各側(cè)延伸，并與裙30的相關(guān)的側(cè)緣36， 38的 另一端相接合。因此，每個(gè)裙30具有一對與其關(guān)聯(lián)的裙板40。裙板40與銷 轂18在其外壁28處銷轂相交，其結(jié)合處大至在相對于銷轂18底端的內(nèi)表面 20和外表面26之間的居中處。(在為錐形銷轂時(shí)該銷轂18的最窄的部分如 所示)裙板40在其與銷轂18相交的位置，相對于活塞總成10的縱向中心軸 44一般是平行的，或稍微向內(nèi)傾斜的。這可從圖2中最清楚的看出。然而， 當(dāng)裙板在其長度方向上向裙30的側(cè)緣36， 38延伸時(shí)，裙板40可能需要移出 它們最初的平面，以使裙板在其另一端與裙緣36， 38的形狀和位置相匹配。
如一系列的截面圖3-9所示，裙板40在其長度方向上是扭轉(zhuǎn)的，以在 形狀和方位上適合與銷轂18和裙30的結(jié)合。在活塞的底部，裙板40可以向 內(nèi)扭轉(zhuǎn)，以在鄰近裙的底緣34處與裙30的側(cè)緣36， 38相結(jié)合，此處裙板 40之間的間距小于裙板40在銷轂18處之間的間距。在活塞10的頂部，裙 板40可向外扭轉(zhuǎn)，以在裙的頂緣32處與裙30的更寬且向外成一定角度的側(cè) 緣36， 38相交。因此裙板40的表面呈現(xiàn)為一個(gè)扭轉(zhuǎn)的平面形狀，或由于裙 板40在裙板40的長度方向和活塞的縱軸方向上(如附圖12中進(jìn)一步的示意) 均被扭轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)出雙曲曲線形。當(dāng)然，裙板40精確的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)需要根據(jù)特 定的活塞要求，因此附圖所示的形狀僅是一個(gè)示例性的實(shí)施方式。
附圖還顯示了裙板40可向外展開以與裙30的側(cè)緣36或38相結(jié)合。 特別是，裙板40沿縱向中心軸40的高度可小于裙30的高度(即頂緣32和 底緣34沿軸44的間距)。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，裙板40的底部也可以向 下展開，以使側(cè)緣36或38的整個(gè)長度由裙板40支撐。
裙板40，裙30以及活塞頭12的下方的形狀限定了位于銷轂18任何 一側(cè)的內(nèi)部空間，該銷轂具有一個(gè)靠近裙30的頂緣的底部凹槽區(qū)域42，如 圖9所示，裙板40在該處與裙的側(cè)緣36， 38相接合。
該活塞，包括如上所述的扭轉(zhuǎn)的裙板40，可由任何可選的材料，例如 鋁，鋼，或類似材料，作為一件式整體鑄造。任何特定的活塞的設(shè)計(jì)涉及多種因素的平衡，包括質(zhì)量和強(qiáng)度。本發(fā) 明的裙板的扭轉(zhuǎn)方向，允許短銷可適配于不同直徑的活塞的配置。尤其是， 裙板40的扭轉(zhuǎn)越大使裙板的頂部與一平面的間隔越大。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明中，可實(shí)現(xiàn)相同作用的其他實(shí)施方式也包括在本發(fā) 明最終被允許的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種活塞總成，包括一個(gè)整體成型的活塞頭以及，帶有多個(gè)環(huán)槽并且以一縱向中心軸為中心的單件式活塞環(huán)帶；第一裙部和第二裙部，與所述活塞頭一體成型為一整體且沿所述軸延伸，所述第一裙部和第二裙部各自具有一鄰近所述活塞環(huán)帶的頂緣、底緣以及第一和第二側(cè)緣，所述底緣沿所述軸與所述頂緣隔開且其徑向距離小于所述頂緣；第一和第二c，與所述活塞頭一體成型為一整體且沿所述軸延伸，銷轂所述第一和第二銷轂以所述軸為中心彼此鏡像對稱，且與所述活塞環(huán)帶徑向向內(nèi)隔開以限定一個(gè)短銷支撐的布置，在第一和第二銷轂上成型有軸向?qū)R的銷孔，該銷孔的孔軸垂直于所述縱向中心軸；以及多個(gè)裙板，與所述活塞頭一體成型且在所述第一和第二銷轂中的一個(gè)和所述第一和第二裙部中的一個(gè)之間延伸所述多個(gè)裙板包括以包含所述縱向中心軸且垂直于所述銷孔孔軸的第一平面為中心彼此鏡像對稱的第一裙板和第二裙板，還包括以所述第一平面為中心彼此鏡像對稱的第三裙板和第四裙板，其中，所述第一裙板和第三裙板以包含所述縱向中心軸和所述銷孔軸的第二平面為中心彼此鏡像對稱，所述第二和第四裙板也以所述第二平面為中心鏡像對稱，每一裙板均包括一個(gè)距所述活塞頭最近的頂部和距所述活塞頭最遠(yuǎn)的底部以及與所述頂部和底部基本等距離的中部，其中每個(gè)裙板在垂直于所述第二平面方向背離所述銷轂中的一個(gè)延伸且超過一個(gè)直線長度以與所述裙部中的一個(gè)相結(jié)合，其中每個(gè)裙板沿所述長度方向扭轉(zhuǎn)，以使所述裙板的頂部和所述第一平面之間的第一間距與所述裙板的底部和所述第一平面之間的第二間距間所限定的比率沿至少部分所述長度增加。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞總成，其特征在于所述第一間距在至少部 分所述長度上增大，而所述第二間距在該長度上基本保持不變，從而進(jìn)一步 限定所述比率的增大。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞總成，其特征在于所述第一間距在至少部 分所述長度上增大，而所述第二間距在至少部分所述長度上減小，從而進(jìn)一步限定所述比率的增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞總成，其特征在于所述第一間距在至少部 分所述長度上以第一速率增大，而所述第二間距在至少部分所述長度上以小 于第一速率的第二速率增大，從而進(jìn)一步限定所述比率的增大。
全文摘要
本發(fā)明提供一種活塞總成，包括一個(gè)活塞頭，該活塞頭包括帶有多個(gè)環(huán)槽的活塞環(huán)帶，還包括第一裙部和第二裙部，該裙部各自具有一頂緣以及徑向距離小于所述頂緣的底緣。第一和第二銷座自所述活塞環(huán)帶徑向向內(nèi)隔開以限定一個(gè)短銷支撐的布置。多個(gè)裙板在所述第一和第二銷轂中的一個(gè)和所述第一和第二裙部中的一個(gè)之間延伸。每一裙板均包括一個(gè)距所述活塞頭最近的頂部、一底部以及一與所述頂部和底部大體上等距離的中部。每個(gè)裙板沿其長度方向扭轉(zhuǎn)，以使所述裙板的頂部和垂直于所述銷孔軸的第一平面之間的第一間距與所述裙板的底部和所述第一平面之間的第二間距的比率沿至少部分所述長度增大。
文檔編號F02F3/00GK101553656SQ200780041205
公開日2009年10月7日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月8日
發(fā)明者戴維·愛德華·雷米, 蒂莫西·戴維·弗蘭克 申請人:費(fèi)德羅-莫格爾公司