活塞的制作方法

專利名稱：活塞的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于發動機之類的活塞。
背景技術：
各種類型的發動機可在氣缸孔內使用活塞。當活塞外圓周表面的一部分被氣缸 壁導向時，每個活塞可在其相關的氣缸孔內作往復運動。活塞可包括活塞裙，當活 塞在氣缸孔內往復運動時，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。活塞在氣缸孔內的熱膨脹、撓曲和搖動所造成的應力集中可導致活塞在反復的 往復運動之后"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，導致高的摩擦，從而可造成效率損失和活塞在氣缸孔內 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一造成 活塞在活塞銷軸線上過度地搖晃或在氣缸孔內振動。發明內容本發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向。在如此的實施例中，活塞形祆可包括一軸向外形，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的軸向外形。 當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，裝置可包括內燃機，該內燃機具有至少一個形成氣缸孔的壁。 該裝置還可包括設置在氣缸孔內可往復運動的活塞。該活塞可包括頭部和裙部。活 塞可具有基本圓周的外表面，而外表面的至少一部分可抵靠在推力平面內的壁上。 外表面可包括下裙部、中間裙部和上裙部。當活塞基本上在運行溫度下時，中間裙 部可包括推力平面內的凹陷曲率。在某些實施例中，內燃機可包括至少部分地形成氣缸孔的氣缸孔壁。發動機還 可包括活塞，活塞在氣缸孔內響應于燃燒事件運動，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面。活塞可包括頭部和裙部。 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的氣缸孔壁。裙壁 可包括沿推力平面的主推力側面的上裙點，該上裙點與沿推力平面的主推力側面的 下裙點間隔開。靠近下裙點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，當活塞被推向氣缸孔壁的主推力側面上時，上裙點和下裙 點可基本上承載相等的側向載荷。上述的和其它的實施例可構造成提供一個或多個如下的優點。首先，活塞形狀 可在氣缸孔內提供更好的導向。第二，在某些實施例中，活塞可構造成提供沿外圓 周表面的主推力側面更均勻的載荷分布，這可減少發生"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動機性能和效率。本發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軸線的軸向高度上或稍低于活塞樞轉 軸線的軸向高度上。如此的結構能夠減小通常導致活塞搖晃運動的推力矩。還有， 如此的結構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，內燃機可包括至少一個形成氣缸孔的壁、以及活塞，該活塞設置在氣缸孔內并連接到活塞桿上以圍繞樞轉軸線樞轉。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的壁上。推力平面內由裙 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軸線的軸向高度上或 低于樞轉軸線的軸向高度上。多個活塞實施例包括用于發動機內的活塞，發動機具有氣缸孔壁，這樣，當活 塞基本上在運行溫度下并承受推力時，活塞圍繞一樞轉軸線樞轉而抵靠推力平面內 的氣缸孔壁。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。當活塞基本上在運行溫度下使外表面在推力平面內在樞轉軸線上方有徑 向偏移時，頭部可在推力平面內具有至少一些的半徑，這些半徑大于裙部的至少某 些半徑。活塞的外表面可承載推力平面內至少一部分的推力。推力平面內由裙部承 載的推力部分可由裙力矩心定義，裙力矩心可定位在樞轉軸線的軸向高度上或低于 樞轉軸線的軸向高度上。由頭部承載的推力部分可由頭力矩心定義，頭力矩心的數 值基本上可小于裙力矩心的數值。上述的和其它的實施例可構造成提供一個或多個如下的優點。首先，活塞形狀 可在氣缸孔內提供更好的導向。第二，作用在活塞裙上的推力反力的矩心可位于樞 轉軸線的軸向高度上或稍低于該高度，而作用在活塞頭上的推力反力相對較小。這 樣，可減小通常會造成活塞搖晃運動的推力矩。第三，與作用在活塞頭上的推力反 力相關的磨損可以是很小，或不足以造成顯著的磨損。這樣，活塞可構造成在頂部 槽脊和氣缸壁之間有相當小的間隙，這可減少不理想的排放。此外，在某些情形中， 頂部槽脊和氣缸壁之間的較緊的間隙以及作用在活塞頭上的推力反力的較小數值 可顯著地減小頂部槽脊、活塞環以及氣缸壁上的磨損。本發明一個或多個實施例的細節將在下面的附圖和描述中予以闡述。從以下描 述和附圖以及權利要求書中，將會明白本發明其它的特征、目的和優點。


圖1A是根據本發明某些實施例的活塞和發動機一部分的側視圖。 圖1B是圖1A活塞的側視圖。圖2是根據本發明某些實施例的活塞的截面圖。圖3是一示意圖，示出根據本發明一實施例的活塞裙的軸向外形的實例'。 圖4是根據本發明另一些實施例的活塞橫截面的示意圖。圖5是一示意圖，示出根據本發明一實施例的活塞的極坐標外形的實例。 圖6是根據本發明某些實施例的活塞的截面圖。圖7是一示意圖，示出根據本發明一實施例的活塞頭和活塞裙的軸向外形的實例。在各附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。
具體實施方式
參照圖1A-B，活塞100能夠在發動機200的氣缸孔205內往復運動(發動機 200的一部分已經從圖1A中移去以便更好地觀看活塞100)。液體動力學的油層或 其它潤滑劑可涂寧在氣缸壁210的部分上以減小活塞100和氣缸壁210之間的摩 擦。活塞100可使用銷.104來可樞轉地與活塞桿102接合。在此情形中，活塞IOO 可圍繞樞軸或銷軸線105相對于桿102樞轉。當活塞100在氣缸孔205內往復運動 時，銷連接允許活塞100將力傳遞到活塞桿102或從桿中接受力。在某些實施例中， 活塞100整體地或部分地由鋁或含鋁合金、碳(例如，碳纖維和碳/碳)、鐵、鋼 或其它合適材料構造，并可包括上述或其它材料的組合。參照圖1A，氣缸孔205可形成燃燒室的至少一部分，其中，燃燒事件250將 力作用于活塞100并造成膨脹沖程。燃燒壓力可沿基本上平行于氣缸孔205軸線的 方向傳遞到活塞100，因為活塞頂表面112的至少一部分(圖1B)可基本上垂直 于氣缸孔205軸線。從燃燒事件250得到的一部分力作為桿力分量252傳遞到桿 102上(沿桿102的縱向方向)。還有，因為桿102可能與燃燒產生的力方向沒對 齊，所以，從燃燒事件250得到的一部分力可作為推力分量254進行傳遞。推力254可推活塞100的主推力表面130抵靠氣缸壁210的主推力側面230。 推力分量254可位于正交于銷軸線105的推力平面內，所述銷軸線可通過活塞100 的主推力表面130沿著推力軸線117延伸(也如圖4所示)。推力254可產生圍繞 銷軸線105的力矩，造成活塞100圍繞銷軸^ 105樞轉，這樣，活塞軸線115與氣 缸孔軸線傾斜成一搖動角。為了在往復運動中提供導向，并限制活塞100的搖動角(過度的搖動會造成應 力集中，其會"磨亮"或磨損氣缸壁210)，活塞100可包括抵靠氣缸壁210的裙 部120"其間最好有液體動力學的潤滑劑層。該裙部120可導向活塞IOO來限制活 塞100的搖動。此外，當推力254推壓活塞100抵靠主推力側面230時，所述裙部 120可以彎曲(下面將詳細地描述)。應該理解到，在壓縮沖程期間(圖1A中未示出)，活塞100可在銷連接處反 作用于來自桿102的力。在某些情形下，在預料的相繼的燃燒事件中，桿102可強 迫活塞100壓縮燃燒室。來自桿102的力的反作用分量可呈推力的形式，其推壓活 塞100的副推力表面140抵靠在副推力側面240。再者，在如此的情形中，活塞裙 120可導向活塞100來限制活塞100的搖動。參照圖1B，活塞100包括活塞頭部110和活塞裙部120。活塞頭110可包括 面向圖1A所示燃燒室的活塞頂112。活塞頭IIO可包括一個或多個環槽，例如， 一個或多個安裝壓緊環的槽113 (顯示出兩個)以及一個或多個安裝油環的槽114 (顯示出一個)。 一般來說，活塞裙120鄰近于活塞頭110并起始于與活塞頂表面 112相對的最下環糟(例如，在此實施例中，環槽114)的底壁處或附近，并在其 下方延伸。活塞裙120包括靠近活塞100底部122的基本中空的部分121。活塞裙 120還可包括與銷軸線105對齊以便接納銷104的銷孔124。銷104與銷孔124連 接并設置在裙部120的中空部分121內。活塞頭110通常比活塞裙120更剛，在某些實施例中，活塞頭110可以是實心 結構。這樣，當推力254推壓活塞100抵靠氣缸壁210的主側面230時，活塞裙 120基本上可比活塞頭110更加柔性。然而，活塞裙120的剛度從底部122到活塞 頭110不必是恒定不變的。例如，在圖1B所示的實施例中，包圍中空部分121的 圓周壁126通常從底部122朝向活塞頭110增加厚度。在如此的情形中，活塞裙 120可在靠近活塞100的活塞頭部分110處剛度更大(此處壁厚較大)。仍參照圖1B，活塞100的軸向外形(在推力平面內)示意地使用軸向外形線 150顯示為在運行溫度下。因為運行中圍繞活塞100不同部位處發生的溫度差異， 所以，活塞IOO沿其軸線的熱膨脹量可能不均勻。因此，室溫(大部分或所有活塞 100是處于77下)下的活塞100的軸向外形可以不同于運行溫度下。運行溫度是活 塞IOO周圍的溫度分布，其在發動機200穩態運行時獲得并保持一段時間。運行溫 度可揖據發動機結構變化，但一般地，運行溫度基本上大于室溫。例如，在運行溫 度時，活塞溫度可以是在150。F至1000下范圍內，在某些情形中，可在200下至700 下范圍內。軸向外形線150顯示了沿活塞軸線115方向朝向活塞100外圓周形表面的變 化。圖1B所示的軸向外形線150代表了推力平面的橫截面內的活塞IOO外半徑相 對于軸向高度的變化。如上所述，推力平面基本上正交于銷軸線105，并可通過活 塞100的主推力表面130沿推力軸線117延伸(也顯示在圖4中)。軸向外形線150以夸大的形式顯示僅是為了說明的目的。應該理解到，相對于活塞100總尺寸，活
塞IOO外半徑的變化應很小，這樣，當從一定距離觀看時，活塞100可顯現基本上 圓柱形的形狀。在此實施例中，沿主推力表面130的軸向外形線150的形狀類似于 沿副推力表面140的軸向外形線150的形狀。
軸向外形線150可包括與裙部120相一致的裙外形線152和與活塞頭部110 相一致的頭外形線151。在此實施例中，頭外形線151顯示出靠近活塞100的頂表 面112處活塞的外半徑逐漸地減小(圖1B中所示的頭外形線151在槽113和114 處不顯示活塞的準確輪廓)。這樣，活塞頭110的形狀可提供活塞100頂邊緣和氣 缸壁210之間一定的間隙空間。當活塞IOO定向在其最大搖動角時，可要求該間隙 空間減小磨損氣缸壁210的可能性。然而，如果活塞100頂邊緣和氣缸壁210之間 的間隙空間減小，則可提高燃燒壓力傳遞到活塞100的效率。在此實施例中，活塞 100可設計成具有活塞100頂邊緣和氣缸壁210之間減小的間隙空間。如下文中詳 細地所述，當推力254推壓活塞100抵靠氣缸壁210時，活塞裙部120可構造成抵 靠氣缸壁210并承載大部分的推力載荷。當活塞裙部120抵靠氣缸壁210并對活塞 IOO提供足夠的導向時，可減小活塞100圍繞銷軸線105的搖動趨勢，這又允許設 計在活塞100頂邊緣處具有減小的間隙空間。
一或者，活塞頭110的頭外形線151可具有恒定的外半徑，其小于裙部120的半 徑。在此實施例中，活塞100頂邊緣和氣缸壁210之間的一定間隙空間將會存在。 再者，當推力254推壓活塞100抵靠氣缸壁210時，通過致使活塞裙120抵靠在氣 缸壁210并承載大部分的推力載荷，可以減小該間隙空間，這將在下文中詳細描述。
仍參照圖1B，活塞軸向外形的至少一部分可以變化以考慮到活塞IOO剛度的 減小。如上所述，活塞裙120剛度可小于活塞頭10剛度。在此實施例中，主推力 表面130和副推力表面140的形狀可以考慮到剛性的變化，例如，借助于依賴于活 塞壁厚的推力平面內的外半徑、壁柔度以及其它因素來變化。
活塞100的裙外形線152包括下裙外形線154和中間裙外形線156，而某些實 施例還可包括上裙外形線158。在如此實施例中，下裙外形線154的至少一部分可 具有包括最大半徑點155的凸出的曲率。在該實施例中，最大半徑點155代表活塞 圓周形表面最大外直徑的部位。最大半徑點155可沿著下裙外形線154發生在底部 122上方的軸向高度處，那里圓周形壁126剛度最小。(在某些實施例中，最大半 徑點155可沿著下裙外形線154發生在底部122處或其附近。)下裙外形線154的 最下部分(例如，靠近底部122)，同時也許是剛度最小部分，可包括向內凸出的曲率以避免刨削氣缸壁120。下裙外形線154的凸出曲率也有助于將活塞安裝到氣
缸孔內，因為它幫助活塞對中在氣缸孔中。應該理解到，在其它實施例中，下裙外
形線154可包括其它曲率或形狀。例如，下裙外形線154的最下部可包括基本上直 線的外形，其代表從最大半徑點155處或其附近部位到活塞底部122處或其附近部 位的活塞半徑的線性遞減。在其它的情形中，下裙外形線154的最下部分可不包括 從最大半徑點155處或其附近部位到活塞底部122處或其附近部位的活塞半徑的遞 減。
在此實施例中，中間裙外形線156包括第一拐點157，在該拐點處，下裙外形 線154連接到中間裙外形線156。中間裙外形線156的至少一部分包括凹陷的曲率， 但應該理解到，中間裙外形線156的其它部分可包括其它的曲率或斜率。該凹陷的 曲率可考慮到活塞裙120中間部分內剛度的基本變化，例如，該變化可由圓周形壁 126厚度的基本變化引起。
在此實施例中，中間裙外形線156還包括第二拐點159，在該拐點處，上裙外 形線158連接到中間裙外形線156。上裙外形線158的至少一部分可包括與活塞頭 外形線151相遇的凸出的曲率。然而，外形線158也可以是其它的形狀。例如，上 裙外形線158從第二拐點159處或附近部位到活塞頭110起始處或附近部位可具有 基本上恒定的斜率。在圖1B的實施例中，推力平面內沒有活塞頭外形線151的半 徑大于推力平面內的上裙外形線158的半徑。在其它的實施例中，推力平面內活塞 頭外形線151的某些半徑大于推力平面內的上裙外形線158的半徑。還有在圖1B 的實施例中，推力平面內沒有上裙外形線158的半徑大于推力平面內的中問裙外形 線156的半徑。
現參照圖2，活塞100的軸向外形線150可用圖表示，其顯示相對于離活塞底 部122的軸向高度在推力平面內的半徑。圖2中的圖示出運行溫度處或其附近以及 室溫處或其附近的活塞100的軸向外形。如上所述，活塞100的軸向外形可以不同， 視活塞100是在運行溫度處或其附近還是在室溫處或其附近而定。例如，當活塞處 于室溫或其附近時，中間裙外形線156可以基本呈凸出形或直線形(例如，參照圖 2中繪圖的點線)，但由于圓周形壁的熱膨脹，中間裙外形線156可以調整而在其 接近運行溫度時包括凹陷的曲率(例如，參照圖2中繪圖的實線)。在其它的實施 例中，當活塞100處于熱膨脹狀態中時或當活塞100處于冷卻狀態時，中間裙外形 線156都可包括凹陷的曲率。
圖2還示出活塞100的推力平面的橫截面，其包括包圍中空部分的121的圓周壁126。圓周壁126沿活塞軸線115的方向在厚度上有變化，這可影響某些軸向高 度上的活塞裙120的剛度。在某一實例中，下裙部分可包括某一點，在此點上，壁 厚125近似為0.19英寸，而中間裙部分可包括某一點，在此點上，壁厚127近似 為0.34英寸，且上裙部分可包括某一點，在此點上，壁厚129近似為0.61英寸。 因為較大的壁厚可增加圓周壁126的徑向剛度，所以，上裙點可具有基本上比下裙 點大的徑向剛度。此外，活塞裙120可包括與銷軸線105對齊的銷孔124以接納銷 104，銷孔可影響某些軸向高度上活塞裙的剛度。
如上所述，裙外形線152的形狀可以考慮到從下裙部分到上裙部分的活塞裙的 剛度變化。在如此的實施例中，活塞裙120的某些柔性部分可在推力平面內具有較 大的半徑，這樣，當面對推力載荷時可發生彎曲并致使活塞裙120以更加均勻的載 荷分布抵靠在氣缸壁210上。例如，活塞裙120的下部可以更加柔性，因此，在運 行溫度下，可具有與氣缸壁210干預的最大的半徑點155。然而，因為活塞裙120 下部內的柔性，所以，圍繞活塞裙下部的單位面積的載荷基本上類似于圍繞裙上部 的單位面積的載荷(即，剛度越大，則裙120的上部可抵靠氣缸壁2I0的推力載荷
部分就越大)。
仍參照圖2，活塞100可供選擇地包括燃燒碗111。燃燒碗111可用來優化發 動機燃燒室內的燃燒特性。例如，燃燒碗lll可用于汽油發動機、柴油機或天然氣 發動機的活塞中。在如此的實施例中，燃燒碗111不會顯著地影響到活塞頭110的 剛度，而活塞頭110基本上仍保持大于活塞裙120部分的剛度。在此實施例中，活 塞頭外形線151顯示出推力平面內的活塞頭110的半徑小于活塞裙120的那些更柔 的部分的半徑。
圖3示出活塞100處于運行溫度或其附近的某一繪圖中所表示的活塞裙外形線 152的實例。因為活塞裙半徑的比例在此實例中已經局限在2.986至2.989英寸范 圍之內，所以，裙外形線152的形狀己經夸大。應該理解到，圖3所示的尺寸比例 僅是為了說明的目的，其它實施例可以包括具有不是如圖3所示的各種尺寸的活 塞。此外，還應該理解到，軸向外形的曲率、比例和圖3所示形狀僅是為了說明之 目的，其它實施例可以包括具有不是如圖3所示的各種曲率、比例和形狀的軸向外 形。在此實例中，活塞裙外形線152顯示出從最大半徑點155朝向上裙部分的裙半 徑的總的遞減。在此實例中，該裙半徑的遞減通常服從于活塞裙的柔性，半徑遞減 速率的變化與活塞裙的柔性到剛性過渡相一致。
參照圖3，下裙外形線154的下部(例如，靠近軸向高度=0.000處的底部)包括向內凸出的曲率以在活塞100往復運動中避免刨削氣缸壁210。在該實例中，
下裙外形線154包括位于底部上方的軸向高度處的最大半徑點155，那里，活塞裙 120的剛度最小。如上所述，中間裙部外形線156的至少一部分可包括凹陷的曲率。 如此的凹陷曲率例如可代表推力平面內由于活塞裙剛度的顯著改變引起的活塞裙 半徑的很大變化。在該實例中，中間裙部外形線156在第二拐點159處與上裙外形 線158相遇，并朝向頭部外形線延伸(圖3的實例中未示出)。
如圖3中的實例所示，裙部外形線152的形狀可以考慮到活塞裙120從下裙部 到上裙部的剛度變化，如此的結構可允許活塞裙120以更均勻的載荷分布抵靠氣缸 壁210。在此實施例中，沿裙部外形線152—部分(例如，沿中間裙部外形線156) 的凹陷曲率可以是活塞設計的一部分，該設計允許推力載荷沿活塞裙120基本上有 均勻的分布。另一方面，如果裙部外形線152包括了單一的凸出曲率(當活塞處于 運行溫度或其附近時)，其延伸了裙的全部軸向高度，則由于推力載荷，裙的上部 可承載比下裙部大得多的單位面積的載荷。這基本上不均勻的推力載荷分布可導致 活塞"磨亮"或磨損氣缸壁(因為上裙部可對氣缸壁施加較大的單位面積的載荷而 不像下裙部那樣發生彎曲)。
在某些實施例中，包括上述的實施例，活塞裙120的下部可包括推力平面內的 最大半徑155，其尺寸大小在運行溫度下與氣缸壁210過盈配合。在如此的實施例 中，由于活塞裙120的下部彎曲，所以活塞IOO不會發生咬缸。活塞裙120的下部 發生彎曲使其彈簧加載在氣缸壁210的主推力側面230和副推力側面240。這種互 相作用致使活塞裙120的下部對推力載荷的分布作出貢獻，由此，分布了某些原本 會施加到上裙部或頭部110的載荷。通過沿著活塞裙120形成更加均勻的載荷分布， 可減小產生局部區域相當高的應力集中的可能性，這又可減小活塞"磨亮"或磨損 氣缸壁的可能性。
還在某些實施例中，因為活塞裙120下部在運行溫度下彈簧加載在氣缸壁210 的主和副推力側面230和240上，所以，活塞IOO設置有較佳的導向。如上所述， 當活塞裙部120以這樣的方式抵靠在氣缸壁210上并對活塞100提供足夠的導向 時，可減小活塞100圍繞銷軸線105搖動的趨勢，這又允許在活塞頭110和氣缸壁 210之間設計有最小的間隙空間。在如此的實施例中，當活塞裙120下部在運行溫 度下彈簧加載在氣缸壁210的主和副推力側面230和240上時，摩擦能夠添加到系 統中去。然而，該添加的摩擦可以忽略，因為氣缸壁210和活塞裙120之間的液體 動力學的潤滑劑層的斷開并不一定發生。此外，這些實施例可在裙120的上部和下部之間提供更加均勻的載荷分布(如上所述)，這可減小由活塞"磨亮"或磨損氣 缸壁210引起的摩擦。如此"磨亮"摩擦的減小可偏離可能由活塞裙120下部在運
行溫度下彈簧加載在氣缸壁210的主和副推力側面230和240上所添加的任何摩 擦。
參照圖4，在運行溫度或其附近溫度下活塞IOO極坐標外形示意地用極坐標外 形線170顯示。極坐標外形線170在截面的徑向平面內顯示活塞100的外圓周表面 的形狀。在此實施例中，極坐標外形線170顯示在活塞裙120下部內的截面徑向平 面中(見圖l中的截面線)。即使在活塞裙120的其它部分內取其它的截面徑向平 面，極坐標外形線170的大致形狀也可以相同。其它徑向平面內的極坐標外形中的 半徑大小可正比于主和副推力表面130和140處的外半徑，如軸向外形線150所示， 并基本上遵循圖4所示的形狀。
僅為了說明的目的，極坐標外形線170以夸大的形式顯示。應該理解到，徑向 平面內的活塞IOO外半徑的變化相對于活塞IOO總尺寸來說可以很小，于是，活塞 100可顯現為具有圓形橫截面形狀(從一定距離處觀看)。活塞100的各種實施例 可包括這樣的活塞裙，其具有的橫截面形狀不需較佳地符合氣缸孔250的橫截面形 狀。在圖4所示實施例中，活塞裙120的橫截面圓周形狀略像一修改過的橢圓，且 關于銷軸線105不對稱。在其它實施例中，橫截面圓周形狀可具有不同的外貌，例 如，關于銷軸線105對稱的橢圓或修正過的橢圓。
參照圖4，活塞100可具有關于銷軸線105不對稱的極坐標外形的設計。在該 實施例中，在截面的徑向平面中的活塞裙120的外圓周表面具有一修改的橢圓形 狀，其基本上關于推力軸線117對稱。極坐標外形線170內的最大半徑發生在主和 副推力表面130和140處。在該徑向平面內，主推力表面130和副推力表面140 的尺寸大小足以分別沿主推力側面230和副推力側面240抵靠在氣缸壁210上。活 塞裙120和氣缸壁210之間如此的互相作用可造成裙120沿推力軸線117方向向內 彎曲，因此，沿銷軸線105的方向向外彎曲。例如，當推力254 (圖l)推壓主推 力表面130而抵靠在氣缸壁210的主推力側面230上時，活塞裙的主推力表面130 可向內彎曲。該向內的彎曲致使活塞裙120沿銷軸線105方向向外彎曲。為了允許 清除沿銷軸線105方向的這種向外彎曲，沿活塞裙120非推力表面132和142的半 徑可比沿主推力表面130和副推力表面140的半徑小，并可比運行溫度下的氣缸孔 205的半徑小。
作用在主推力表面130上的推力載荷可大于作用在副推力表面140上的載荷，于是，活塞裙120可不均勻地向外彎曲。在如此的實施例中，最小半徑175可不沿 平行于銷軸線105的方向延伸，但相反可朝向銷軸線105的主推力側面延伸(例如， 極坐標外形線170內的最小半徑點176遠離銷軸線105并朝向主推力表面130)。 在該實施例中，極坐標外形線170基本上關于推力軸線117對稱，于是，最小半徑 點176存在于推力軸線117的兩側面上。因為作用在主推力表面130上的推力載荷 可大于作用在副推力表面140上的載荷，所以，活塞裙120可在主推力側面上比在 副推力側面上更加向外彎曲。為了考慮活塞裙120的該種非均勻的彎曲，銷軸線 105副推力側面上的許多半徑可大于銷軸線105主推力側面上的對應半徑。副推力 側面上相對較大的半徑可提供較大的表面面積來抵靠氣缸壁210和導向活塞100。 銷軸線105主推力側面上的最小的半徑175可考慮到由銷軸線105主推力側面上較 大載荷引起的活塞裙120的向外彎曲。
圖5示出繪圖所表示的極坐標外形線170的一個實例(對于運行溫度或其附近 溫度的活塞100)。因為活塞裙半徑的比例在該實例中已經局限在2.984至2.988英 寸的范圍內，所以，極坐標外形線170的形狀已經夸大。應該理解到，圖5所示尺 寸比例僅是為了說明之目的，且其它實施例可包括具有如圖5未示出的各種尺寸的 活塞。此外，還應該理解到，圖5所示的極坐標外形的曲率、比例和形狀僅是為了 說明的目的，其它實施例可包括具有圖5未示出的各種曲率、比例和形狀的極坐標 外形。在該實例中，極坐標外形線170顯示截面徑向平面內的活塞裙120的外圓周 表面具有一修改的橢圓形，其關于銷軸線105非對稱(關于推力軸線117基本上對 稱)。
參照圖5，在此實例中，銷軸線105的副推力側面上的許多半徑可大于銷軸線 105的主推力側面上的對應半徑。例如，最小半徑175具有約為2.9855英寸長度， 并發生在與銷軸線105相交成約25度角的銷軸線105主推力側面上的一點176處。 對應的半徑具有約為2.9865英寸長度，并發生在與銷軸線105相交成約25度角的 銷軸線105副推力側面上的一點178處。該極坐標外形中最大半徑具有約為2.9878 英寸長度，并發生在主和副推力表面130和140上。沿非推力表面132和142的半 徑小于該最大半徑以對沿銷軸線105方向的活塞裙120的向外彎曲提供間隙。
活塞的其它實施例可包括圖4或5未示出的極坐標外形。例如，活塞可包括如 圖1、圖2或圖3所示的軸向外形，并還可包括具有關于銷軸線105不對稱的修改 的橢圓形的極坐標外形。在另一實例中，活塞包括如圖l、圖2或圖3所示的軸向 外形，并還可包括具有關于銷軸線105對稱的橢圓形的極坐標外形。在具有不對稱極坐標外形的實施例中，最小半徑可沿銷軸線105發生，而最大半徑可沿推力軸線
117發生在主和副推力側面上。
現參照圖6，活塞300的某些實施例可構造成施加在活塞300主推力側面上的 推力反力的矩心位于靠近扭轉銷中心線317處。如此的結構能夠減小通常會造成活 塞300搖動的推力矩。在這些實施例中，應該理解到，推力載荷不必沿活塞裙320 的全部主推力側面330以均勻方式分布。即使活塞裙320的主推力側面330的某些 部分承載較大份額的推力載荷，活塞300也可構造成反力的主矩心(表示為力矩心 Rl)位于扭矩銷中心線高度處或稍低于該高度。如此的構造可有效地將推力載荷 集中在活塞裙的更柔性的部分上(在此實施例中，下裙部)，并遠離活塞的更剛性 的部分(在此實施例中，上裙部和活塞頭)。這可減小造成沿氣缸壁磨損的活塞的 更加剛性部分的可能性，由此，允許頂槽脊316和氣缸壁之間基本上有較小的間隙。 此外，推力載荷可集中在環形槽313和314下面，在某些實施例中，那里對發動機 油或其它潤滑劑有更加充足的供應，以承載推力載荷。
圖6示出推力平面內的活塞300的截面圖。活塞300可具有某些類似于上述實 施例的特征，但活塞300具有不同的軸向外形350。活塞可包括頭部310、裙部320、 銷軸線305以及活塞軸線315。頭部310可具有燃燒碗311、頂表面312以及環槽 313和314，它們的操作類似于以上所述的實施例。裙部320可具有圓周形壁326， 其至少部分地包圍靠近活塞300底部322的中空部分321 。裙部320可包括主推力 側面330和副推力側面340，類似于上述實施例，它們可滑動地接合發動機的氣缸 壁。 -
活塞300的軸向外形350可顯示在一繪圖上，該繪圖示出推力平面內相對于離 活塞底部322的軸向高度的半徑。圖6中的繪圖示出運行溫度或大約該溫度下的活 塞300的軸向外形(參照實線)和室溫或大約該溫度下的活塞300的軸向外形(參 照虛線)。如上所述，根據活塞300是在運行溫度還是在室溫下，活塞300的軸向 外形350可以不同。在此實施例中，當活塞處于冷卻狀態時，中間裙部外形356 可基本呈凸出形或直線形，但由于圓周壁的熱膨脹，中間裙部外形356可調整而包 ,括凹陷的曲率。在其它實施例中，當活塞300處于熱膨脹狀態時以及當活塞300 處于冷卻狀態時，中間裙部外形356都可調整而包括凹陷的曲率。
仍參照圖6，活塞裙外形可包括下裙部外形線354、中間裙部外形線356以及 上裙部外形線358。在此實施例中，下裙部外形線354的至少一部分可具有包括最 大半徑點355的凸出的曲率。應該理解到，在其它實施例中，下裙部外形線354可包括其它的曲率或斜率。例如，下裙部外形線354的最下部可包括基本上直線的
外形，其代表活塞半徑從最大半徑點355到活塞底部322的線性減小。在其它情形 中，下裙部外形線354的最下部可不包括從最大半徑點355處或其附近部位到活塞 底部322處或其附近部位的活塞半徑的減小。中間裙部外形線356可包括第一拐點 357，在此拐點處，下裙部外形線354連接中間裙部外形線356。當活塞300處于 運行溫度或該溫度附近時，中間裙部外形線356的至少一部分包括凹陷曲率。例如， 如此一個凹陷曲率代表因活塞裙320剛度顯著的變化引起的推力平面內活塞裙半 徑很大的變化。應該理解到，中間裙部外形線356的其它部分可包括其它的曲率或 斜率。中間裙部外形線356還可包括第二拐點359，在此拐點處，上裙部外形線358 連接中間裙部外形線356。上裙部外形線358的至少一部分可包括與活塞頭部外形 線360相遇的凸出曲率或線性斜率。
在該實施例中，推力平面內的活塞頭部外形線360的至少某些半徑大于推力平 面內的上裙部外形線358的半徑。例如，當活塞300處于運行溫度或其附近溫度時， 沿頂槽脊316和第二槽脊318的一部分的半徑可大于上裙部358的某些半徑，如活 塞頭部外形線360的偏移部分362所示。再者，在某些實施例中，沿第三槽脊319 的半徑可以基本上小于頂槽脊316和第二槽脊318的半徑。如此的結構可在上裙部 和活塞頭之間造成徑向偏移364，這可用來將作用在活塞裙320上的推力反力的矩 心(用力矩心R1表示)集中到扭轉銷中心線317處的軸向位置或稍低于中心線的 軸向位置(將在下面詳細描述)。
圖7示出一繪圖中示出的軸向外形線350的實例，其中，活塞處于運行溫度或 其附近溫度。因為活塞裙半徑的比例在此實例中己經局限在2.990至2.996英寸范 圍之內，所以，軸向外形線350的形狀己經夸大。應該理解到，圖7所示的尺寸比 例僅是為了說明的目的，其它實施例可以包括具有不是圖7所示的各種尺寸的活 塞。此外，還應該理解到，軸向外形的曲率、比例和圖7所示形狀僅是為了說明之 目的，其它實施例可以包括具有不是圖7所示的各種曲率、比例和形狀的軸向外形。 在此實例中，下裙部外形線354的最下部分(例如，靠近軸向高度=0.000處的底 部322)包括向內凸出的曲率或向內的直線斜率以在活塞300往復運動中避兔刨削 氣缸壁，并在某些情形中，當活塞300處于室瘟下時，避免過盈配合。如上所述， 中間裙外形線356的至少一部分可包括拐點357和359之間的凹陷曲率。在此實施 例中，活塞頭外形線360的至少某些半徑大于上裙部外形線358內的某些半徑，當 活塞300處于運行溫度或其附近溫度時，這可造成徑向偏移364。在結合圖6 — 7描述的實施例和實例中，活塞裙320的下部可包括推力平面內 最大半徑(例如，點355)，其尺寸在運行溫度下與氣缸壁形成過盈配合。如上所 述，由于活塞裙320下部內的彎曲，活塞300不會發送咬缸。活塞裙320的下部能 夠彎曲，于是，活塞裙320的下部彈簧加載抵靠在氣缸壁的主推力側面和副推力側 面上。該種互相作用致使活塞裙320的下部承受很大部分的推力反力。此外，處于 熱膨脹狀態中的活塞300的軸向外形線350可構造成徑向偏移364減小作用在上裙 部356上的推力反力(例如，上裙部的某些部分可甚至部接觸氣缸壁)，并集中推 力反力使矩心(力矩心R1代表)位于扭轉銷的中心線317處或稍低于中心線(例 如，位于樞轉軸線305處或其下方的軸向高度)。這樣的結構能夠減小通常會造成 活塞300搖動的推力矩。還有，如此的結構可減小造成沿氣缸壁磨損的活塞300 更剛部分的可能性，由此，允許頂槽脊316和氣缸壁之間有基本上較小的間隙。在 此情形中，即使頂槽脊316或活塞頭310的其它部分抵靠在氣缸壁的主推力側面上， 活塞頭310上的推力反力(用力矩心R2表示)也會顯著小于活塞裙上的推力反力 (用力矩心R1表示)。這樣，活塞頭310造成的磨損可以很小或不足以造成顯著 的磨缸。
參照圖6和7，徑向偏移364可大大地減小或消除氣缸壁和上裙部358之間的 接觸。這樣，推力載荷沿主推力側面330的兩部分分布一沿活塞裙320和沿活塞頭 310。這兩個部分可承受用力矩心R1和力矩心R2表示的不同組的推力反力。由于 裙320的軸向外形和由于上裙部徑向偏移364，力矩心Rl可發生在扭轉銷的中心 線317處或稍低于中心線(靠近最大半徑點355)。還有，因為活塞頭310可響應 于推力而抵靠氣缸壁，所以，力矩心R2可沿活塞頭主推力側面發生(例如，靠近 第二槽脊318或頂槽脊316，在此實施例中，位于第三槽脊319上方)。
假定活塞300沒有橫向加速度力(一旦活塞在由于第二運動引起運動之后被上 推抵靠氣缸內襯時，該假定就有效)，推力反力可表達為通過銷中心線317傳遞的 推力的函數(圖6中表示為力T)。這些表達式如下
其中，XI是活塞裙320上推力反力矩心(表示為力矩心R1)相對于扭轉銷中 心線317高度的軸向位置，而X2是活塞裙310上推力反力矩心(表示為力矩心 R2)相對于扭轉銷中心線317高度的軸向位置(例如，參照圖6)。
因為徑向偏移364可大大地減小或消除氣缸壁和上裙部358之間的接觸，并由于最大半徑點355位于扭轉銷中心線317高度上或其附近，所以，作用在活塞裙 320上的推力反力的矩心(R1)可發生在扭轉銷中心線317高度上或稍低于該高度， 以使XI相當地小(例如，X1<<X2)。當XI遠小于X2時，作用在活塞頭310 上的推力反力矩心(R2)變為相當小(例如，R2<<R1)。在如此R2遠小于Rl 的情形中，推力(T)基本上用作用在活塞裙320上的反力進行計算(例如，當R2 <<R1時，則R1^T)。因此，作用在活塞頭310上的推力反力(表示為力矩心 R2)可大大地減小，與作用在活塞頭310上的推力反力相關的磨損同樣也減小。 這樣，由活塞頭310造成的磨損可以很小或不足以造成顯著的磨損，活塞300可以 構造成具有頂槽脊316和氣缸壁之間很小的間隙。緊密的間隙可減小頂槽脊316 密封環上方氣缸壁和活塞頭316之間的體積(即，裂縫體積)。被接納在裂縫體積 內的燃燒混合物通常不能完全燃燒，因此，以未燃燒的碳氫化合物排出。減小裂縫 體積就可減小作為不理想排放的未燃燒盡的燃燒混合物量，因為未燃燒盡的燃燒混 合物的體積較小。此外，頂槽脊316和氣缸壁之間的間隙越緊，且作用在活塞頭 310上的推力反力大小越小，則可大大地減小頂槽脊316、活塞環以及氣缸壁上的 磨損。
仍參照結合圖6—7所述的實施例和實例，活塞裙320的軸向外形可構造成使 反力矩心(Rl)對齊在扭轉銷中心線317高度上或稍低于該高度。例如，可增加 徑向偏移364來進一步減小上裙部358抵靠在氣缸壁上的量，這可使反力矩心(R1) 位于裙320上的低的軸向位置處。還有，低的裙部354可包括靠近扭轉銷中心線 317高度的最大半徑355，這樣，當推力載荷增加并撓曲活塞裙320時，活塞裙320 的加載面積可增加，但作用在活塞裙320上的推力反力的矩心(Rl)可保持在銷 中心線317上或稍低于中心線。在如此的實施例中，作用在活塞裙320上的推力反 力的矩心(Rl)數值不會超過推力(T)的數值。(如果反力的矩心(Rl)朝向活 塞裙320的上部移動，則軸向位置(X1)將具有負值，因此，造成反力的矩心(R1) 的數值大于推力(T)的數值。)
至此描述了本發明多個實施例，然而，應該理解到，可以作出各種修改而不脫 離本發明的范圍。例如，在某些情形中，副推力側面的軸向外形可以不同于主推力 側面軸向外形。還有，在主和副推力側面上的軸向外形基本上相同的情形中， 一側 的半徑可以不同于另一側的半徑。因此，其它的實施例均在附后權利要求書的范圍 之內。
權利要求
1.一種活塞，包括頭部和裙部，所述活塞具有位于推力平面內的軸向外形，當所述活塞基本上在運行溫度下時，所述軸向外形包括下裙部外形；鄰近于所述下裙部外形的中間裙部外形，所述中間裙部外形的至少一部分具有所述推力平面內的凹陷曲率；以及鄰近于所述中間裙部外形的上裙部外形。
2. 如權利要求1所述的活塞，其特征在于，所述下裙部外形的至少一部分具 有所述推力平面內的基本上凸出的曲率，而所述上裙部外形的至少一部分具有所述 推力平面內的基本上凸出的曲率。
3. 如權利要求2所述的活塞，其特征在于，在所述中間裙部外形的基本上凹陷的曲率和所述下裙部外形的基本上凸出的曲率之間的拐點處，所述中間裙部外形 連接所述下裙部。
4. 如權利要求3所述的活塞，其特征在于，從所述下裙部外形的基本上凸出 的曲率到所述中間裙部外形的基本上凹陷的曲率的軸向外形過渡考慮到活塞剛度 的變化。
5. 如權利要求2所述的活塞，其特征在于，在所述中間裙部外形的基本上凹 陷的曲率和所述上裙部外形的基本上凸出的曲率之間的第二拐點處，所述中間裙部外形連接所述上裙部。
6. 如權利要求1所述的活塞，其特征在于，當活塞基本上處于室溫下時，所 述中間裙部外形具有所述推力平面內的非凹陷曲率。
7. 如權利要求1所述的活塞，其特征在于，所述中間裙部外形的半徑大于上 裙部外形的半徑。
8. 如權利要求1所述的活塞，其特征在于，所述下裙部外形的半徑大于所述 中間裙部外形的半徑。
9. 如權利要求1所述的活塞，其特征在于，還包括徑向平面內的極坐標外形， 所述極坐標外形關于銷軸線非軸對稱。
10. 如權利要求9所述的活塞，其特征在于，所述徑向平面內的所述極坐標 外形包括朝向所述銷軸線的主推力側面延伸的最大半徑。
11. 如權利要求10所述的活塞，其特征在于，朝向所述主推力側面延伸的 最小半徑考慮到由主推力側面加載引起的活塞向外的彎曲。
12. —種裝置，包括內燃機，所述內燃機具有至少一個形成氣缸孔的壁；以及設置在所述氣缸孔內可往復運動的活塞，所述活塞包括頭部和裙部，所述活塞 具有基本圓周的外表面，而所述外表面的至少一部分抵靠在推力平面內的所述壁 上，其中，所述外表面包括下裙部、中間裙部和上裙部，當所述活塞基本上在運行 溫度下時，所述中間裙部包括所述推力平面內的凹陷曲率。
13. 如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述下裙部包括所述推力平 面內的基本上凸出的曲率，而所述上裙部包括所述推力平面內的基本上凸出的曲 率。
14. 如權利要求12所述的裝置，其特征在于，從所述下裙部外形的基本上 凸出的曲率到所述中間裙部外形的基本上凹陷的曲率的外表面過渡考慮到所述活 塞剛度的變化。
15. 如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述下裙部和所述上裙部可 操作以將來自所述活塞的推力載荷基本上均勻地分布到所述壁的所述主推力側面 上。
16. 如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述下裙部包括最大半徑， 當所述活塞基本上處于運行溫度下時，所述最大半徑與所述壁過盈配合。
17. 如權利要求16所述的裝置，其特征在于，當過盈配合時，所述下裙部 彎曲以避免所述活塞咬缸。
18. 如權利要求16所述的裝置，其特征在于，當與所述壁過盈配合時，所 述下裙部彈簧加載作用于所述壁的主和副推力側面。
19. 如權利要求18所述的裝置，其特征在于，當所述下裙部彈簧加載作用 于所述壁的主和副推力側面時，所述外表面可操作來導向所述氣缸孔內的所述活 塞。
20. 如權利要求18所述的裝置，其特征在于，當所述下裙部彈簧加載作用 于所述壁的主和副推力側面時，所述下裙部和所述上裙部可操作以將來自所述活塞 的推力載荷基本上均勻地分布到所述壁的所述主推力側面。
21. 如權利要求16述的裝置，其特征在于，還在所述壁的一部分和所述活塞的一部分之間包括一層潤滑劑。
22. 如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述活塞還包括徑向平面內 的極坐標外形以及銷軸線，所述極坐標外形關于所述銷軸線非對稱。
23. —種內燃機，包括 . 至少部分地形成氣缸孔的氣缸孔壁；以及活塞，所述活塞在所述氣缸孔內響應于燃燒事件運動，所述燃燒事件提 供桿力分量和推力分量，所述推力分量推所述活塞抵靠所述氣缸孔壁的主推力側面，所述活塞包括 頭部；以及裙部，所述裙部具有基本上圓周形的裙壁，所述裙壁可操作以抵靠推力平面內 的所述氣缸孔壁，所述裙壁可包括沿所述推力平面的主推力側面的上裙點，所述上 裙點與沿所述推力平面的主推力側面的下裙點間隔開，靠近所述下裙點的所述裙壁 部分的徑向柔度基本上大于靠近所述上裙點的所述裙壁部分的徑向柔度，當所述活 塞被推向所述氣缸孔壁的所述主推力側面上時，所述上裙點和所述下裙點基本上承 載相等的側向載荷。
24. 如權利要求23所述的發動機，其特征在于，所述裙壁包括沿所述推力 平面的所述主推力側面的中間裙點，當所述活塞被推向所述氣缸孔壁的所述主推力 側面上時，所述中間裙點承載基本上與所述上裙點和所述下裙點相等的側向載荷。
25. 如權利要求23所述的發動機，其特征在于，所述裙壁包括下裙部、中 間裙部以及上裙部，所述中間裙部包括所述推力平面內的凹陷曲率。
26. 如權利要求25所述的發動機，其特征在于，所述下裙部包括最大半徑， 當所述活塞基本上處于運行溫度下時，所述最大半徑與所述壁過盈配合。
27. 如權利要求26所述的發動機，其特征在于，當與所述壁過盈配合時， 所述下裙部彈簧加載作用于所述壁的主和副推力側面。
28. 如權利要求27所述的發動機，其特征在于，當所述下裙部彈簧加載作 用于所述壁的主和副推力側面時，所述下裙部和所述上裙部可操作以基本上均勻地 分布推力載荷，所述活塞被推靠在所述氣缸孔壁的主推力側面上。
29. 如權利要求23所述的發動機，其特征在于，靠近所述下裙點的所述裙 壁的部分的半徑大于靠近所述上裙點的所述裙壁的部分的半徑。
30. —種內燃機，包括 至少一個形成氣缸孔的壁；以及活塞，所述活塞設置在所述氣缸孔內并連接到活塞桿上以圍繞樞轉軸線樞轉， 所述活塞包括基本圓形的外表面，所述外表面具有頭部和位于所述頭部下方的裙 部，當所述活塞基本上處于運行溫度并承受推力時，所述外表面的至少一部分抵靠 在推力平面內的所述壁上，所述推力平面內由所述裙部承受的推力部分由裙力矩心 定義，所述裙力矩心定位在所述樞轉軸線處或低于其的軸向高度上。
31. 如權利要求30所述的發動機，其特征在于，由所述頭部承載的推力部分由頭力矩心定義，所述頭力矩心數值基本上小于所述裙力矩心數值。
32. 如權利要求31所述的發動機，其特征在于，所述頭力矩心定位在所述 樞轉軸線上方的軸向高度上，所述頭力矩心距所述樞轉軸線的距離基本上大于所述 裙力矩心距所述樞轉軸線的距離。
33. 如權利要求30所述的發動機，其特征在于，所述外表面包括下裙部、 中間裙部和上裙部，當所述活塞基本上處于運行溫度時，所述中間裙部包括所述推 力平面內的凹陷曲率。
34. 如權利要求33所述的發動機，其特征在于，所述外圓周表面從所述推 力平面內的所述下裙部的基本上凸出的曲率過渡到所述中間裙部的基本上凹陷的 曲率。
35. 如權利要求33所述的發動機，其特征在于，當所述活塞處于基本上室 溫下時，所述外表面的所述中間裙部具有所述推力平面內的非凹陷曲率。
36. 如權利要求30所述的發動機，其特征在于，當所述活塞基本上處于運 行溫度時，所述外表面的所述頭部的半徑大于外表面的所述裙部的至少某些半徑。
37. 如權利要求30所述的發動機，其特征在于，所述外表面包括下裙部、 中間裙部和上裙部，當所述活塞基本上處于運行溫度時，所述外表面具有位于所述 樞轉軸線上方的所述推力平面內的半徑偏移。
38. 如權利要求37所述的發動機，其特征在于，所述上裙部包括所述推力 平面內的半徑，當所述活塞基本上處于運行溫度時，所述半徑小于所述頭部的至少 某些半徑。
39. 如權利要求30所述的發動機，其特征在于，所述外表面包括下裙部、 中間裙部和上裙部，當所述活塞基本上處于運行溫度時，所述下裙部具有與所述壁 過盈配合的最大半徑。
40. 如權利要求39所述的發動機，其特征在于，當過盈配合時，所述下裙部彎曲以避免所述活塞咬缸。
41. 如權利要求39所述的發動機，其特征在于，當與所述壁過盈配合時， 所述下裙部彈簧加載抵靠所述壁的主和副推力側面。、
42. 如權利要求41所述的發動機，其特征在于，當所述下裙部彈簧加載抵 靠所述壁的主和副推力側面時，所述外表面可操作以使所述活塞在所述氣缸孔內導 向。
43. 如權利要求41所述的發動機，其特征在于，當所述下裙部彈簧加載抵 靠所述壁的主和副推力側面時，所述上裙部徑向偏離所述推力平面內的所述壁的所 述主推力側面。
44. 如權利要求30所述的發動機，其特征在于，所述活塞還包括徑向平面 內的極坐標外形，所述極坐標外形關于所述樞轉軸線非軸對稱。
45. —種用于具有氣缸孔壁的發動機內的活塞，這樣，當所述活塞基本上處 于運行溫度下并承受推力時，所述活塞圍繞樞轉軸線樞轉以抵靠在推力平面內的所 述氣缸孔壁上，所述活塞包括基本上圓形的外表面，所述外表面具有頭部和位于所述頭部下方的裙部，所述 頭部具有所述推力平面內的至少某些半徑，當所述活塞基本上處于運行溫度下時，所述半徑大于所述裙部的至少某些半徑，這樣，所述外表面在所述樞轉軸線上方具 有所述推力平面內的徑向偏移，所述外表面承載所述推力平面內的推力的至少一部 分， ，其中，由所述推力平面內所述裙部承載的推力部分由裙力矩心定義，所述裙力 矩心定位在所述樞轉軸線處或低于所述樞轉軸線的軸向高度處，以及其中，由所述頭部承載的推力部分由頭力矩心定義，所述頭力矩心數值基本上 小于所述裙力矩心數值。
46. 如權利要求45所述的活塞，其特征在于，所述外表面的所述裙部包括 下裙部、中間裙部和上裙部，當所述活塞基本上處于運行溫度時，所述上裙部包括 所述推力平面內的半徑，所述半徑小于所述頭部的至少某些半徑，這樣，所述徑向 偏移發生在所述上裙部和所述頭部之間。
47. 如權利要求45所述的活塞，其特征在于，所述頭力矩心定位在所述樞 轉軸線上方的軸向高度上，所述頭力矩心距所述樞轉軸線的距離基本上大于所述裙 力矩心距所述樞轉軸線的距離。
48. 如權利要求45所述的活塞，其特征在于，所述外表面包括下裙部、中 間裙部和上裙部，當所述活塞基本上處于運行溫度時，所述中間裙部包括所述推力平面內的凹陷曲率。
49. 如權利要求48所述的活塞，其特征在于，當所述活塞處于基本上室溫 下時，所述外表面的所述中間裙部具有所述推力平面內的非凹陷曲率。
全文摘要
活塞(100)的多個實施例可具有改進活塞導向的形狀。在如此的實施例中，活塞形狀可包括構造成提供一定的推力載荷特性的軸向外形。
文檔編號F02F3/02GK101297138SQ200680040218
公開日2008年10月29日 申請日期2006年11月2日 優先權日2005年11月3日
發明者R·J·多納林 申請人:德雷瑟股份有限公司