[發(fā)明專利]活塞

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680040218.3
• 申請日: 2006-11-02
• 公開（公告）號: CN101297138A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·J·多納林
• 申請（專利權(quán)）人: 德雷瑟股份有限公司
• 主分類號: F16J1/04
• 分類號: F16J1/04;F02F3/02
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 劉佳

有關(guān)聯(lián)邦資助研究和開發(fā)的聲明

美國政府給予本發(fā)明付清的許可和有限情況下的權(quán)利以要求專利人在合理的條款下許可他人，如同由能源部授予的DE-FC-02-01CH11080的條款所提供的那樣。

相關(guān)申請的參照

本申請要求對2005年11月3日提交的美國專利申請No.11/265,870和2005年11月3日提交的美國專利申請No.11/265,948的優(yōu)先權(quán)，兩者均題為“活塞”。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于發(fā)動機之類的活塞。

背景技術(shù)

各種類型的發(fā)動機可在氣缸孔內(nèi)使用活塞。當(dāng)活塞外圓周表面的一部分被氣缸壁導(dǎo)向時，每個活塞可在其相關(guān)的氣缸孔內(nèi)作往復(fù)運動?；钊砂ɑ钊梗?dāng)活塞在氣缸孔內(nèi)往復(fù)運動時，活塞裙的形狀適于抵靠在氣缸壁上(其間有一流體動力的潤滑層來提供潤滑)。一般來說，活塞裙內(nèi)的活塞下部基本上是中空的，而靠近活塞面的活塞上部是實心的。因此，活塞會具有不均勻的熱膨脹和不均勻的剛度。

活塞在氣缸孔內(nèi)的熱膨脹、撓曲和搖動所造成的應(yīng)力集中可導(dǎo)致活塞在反復(fù)的往復(fù)運動之后“磨亮”或磨損氣缸壁的表面。還有，活塞材料的熱膨脹會增加活塞和氣缸孔之間的接觸力，導(dǎo)致高的摩擦，從而可造成效率損失和活塞在氣缸孔內(nèi)可能的咬缸。如果活塞外半徑過小，則外圓周表面不能足夠地抵靠住氣缸壁—造成活塞在活塞銷軸線上過度地搖晃或在氣缸孔內(nèi)振動。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的某些實施例包括一種活塞，活塞的形狀可改進活塞的導(dǎo)向。在如此的實施例中，活塞形狀可包括一軸向外形，該軸向外形考慮到活塞從下部到上部的剛度變化。

在某些實施例中，活塞可包括頭部、裙部、以及位于推力平面內(nèi)的軸向外形。當(dāng)活塞基本上在運行溫度下時，軸向外形可包括下裙部外形和鄰近于下裙部外形的中間裙部外形。中間裙部外形的至少一部分可具有推力平面內(nèi)的凹陷曲率。軸向外形還可包括鄰近于中間裙部外形的上裙部外形。

在多個實施例中，裝置可包括內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有至少一個形成氣缸孔的壁。該裝置還可包括設(shè)置在氣缸孔內(nèi)可往復(fù)運動的活塞。該活塞可包括頭部和裙部?；钊删哂谢緢A周的外表面，而外表面的至少一部分可抵靠在推力平面內(nèi)的壁上。外表面可包括下裙部、中間裙部和上裙部。當(dāng)活塞基本上在運行溫度下時，中間裙部可包括推力平面內(nèi)的凹陷曲率。

在某些實施例中，內(nèi)燃機可包括至少部分地形成氣缸孔的氣缸孔壁。發(fā)動機還可包括活塞，活塞在氣缸孔內(nèi)響應(yīng)于燃燒事件運動，該燃燒事件提供桿力分量和推力分量。推力分量可推活塞抵靠氣缸孔壁的主推力側(cè)面?；钊砂^部和裙部。裙部可具有基本上圓周形的裙壁，裙壁可操作以抵靠推力平面內(nèi)的氣缸孔壁。裙壁可包括沿推力平面的主推力側(cè)面的上裙點，該上裙點與沿推力平面的主推力側(cè)面的下裙點間隔開?？拷氯裹c的裙壁部分的徑向柔度基本上可大于靠近上裙點的裙壁部分的徑向柔度。還有，當(dāng)活塞被推向氣缸孔壁的主推力側(cè)面上時，上裙點和下裙點可基本上承載相等的側(cè)向載荷。

上述的和其它的實施例可構(gòu)造成提供一個或多個如下的優(yōu)點。首先，活塞形狀可在氣缸孔內(nèi)提供更好的導(dǎo)向。第二，在某些實施例中，活塞可構(gòu)造成提供沿外圓周表面的主推力側(cè)面更均勻的載荷分布，這可減少發(fā)生“磨亮”或磨損氣缸壁。第三，活塞形狀可減小活塞頂面的搖晃角，這可使活塞頂和氣缸壁之間的間隙更小。減小如此的間隙可提高發(fā)動機性能和效率。

本發(fā)明的某些實施例包括一種活塞，活塞的形狀可改進活塞的導(dǎo)向。在如此的實施例中，活塞形狀可包括這樣的軸向外形，該軸向外形構(gòu)造成將推力反力集中在活塞裙上，使活塞裙的力矩心定位在活塞樞轉(zhuǎn)軸線的軸向高度上或稍低于活塞樞轉(zhuǎn)軸線的軸向高度上。如此的結(jié)構(gòu)能夠減小通常導(dǎo)致活塞搖晃運動的推力矩。還有，如此的結(jié)構(gòu)可減小造成沿氣缸壁磨損的活塞可能的較剛部分，由此，使得頂部和氣缸壁之間的間隙更加小。

在某些實施例中，內(nèi)燃機可包括至少一個形成氣缸孔的壁、以及活塞，該活塞設(shè)置在氣缸孔內(nèi)并連接到活塞桿上以圍繞樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)。活塞可包括基本上圓周形的外表面，該外表面具有頭部和位于頭部下方的裙部。當(dāng)活塞基本上在運行溫度下并承受推力時，外表面的至少一部分可抵靠在推力平面內(nèi)的壁上。推力平面內(nèi)由裙部承載的推力部分可由裙力矩心定義，裙力矩心可定位在樞轉(zhuǎn)軸線的軸向高度上或低于樞轉(zhuǎn)軸線的軸向高度上。