具体实施方式

现在将更全面地描述本发明的方面。相同的数字始终表示相同的元件。为了简洁和/或清楚起见，不一定详细描述众所周知的功能或结构。

图1示出了根据一些实施例的二冲程引擎活塞1的透视图。为了简洁和清楚起见，二冲程引擎活塞1在本文的一些地方被称为“活塞1”。活塞1包括活塞顶部3。当活塞1设置在引擎气缸中时，活塞顶部3被设置成面向二冲程引擎的引擎气缸的气缸盖。活塞顶部3被设置成与引擎气缸的气缸壁一起限定燃烧室。因此，活塞顶部3被设置成在包括活塞1的引擎的动力冲程期间与热燃烧气体接触。此外，活塞1包括圆柱形的罩表面(mantle surface)5。罩表面5的外径略小于引擎气缸的内径，并且当活塞1设置在引擎气缸中时，罩表面5被设置成面向引擎气缸的气缸壁。活塞1的罩表面5有时被称为活塞裙。

活塞1包括在罩表面5中的第一活塞环凹槽11和第二活塞环凹槽13。第一活塞环凹槽11和第二活塞环凹槽13中的每一个都设置成接收活塞环，以用于在活塞1的罩表面5和引擎气缸的气缸壁之间提供密封。此外，活塞1包括孔12，该孔12被配置为接收活塞销，用于将活塞1连接到引擎的连杆。

活塞1还包括在罩表面5中的分层扫气通道7。分层扫气通道7设置成当活塞1相对于引擎气缸处于特定位置时，在引擎的气缸壁中叠加输送管道和空气通道。当活塞1处于该位置时，干净的空气(即没有添加燃料的空气)可以从空气通道经由分层扫气通道7流入输送管道。结果，由引擎产生的未燃烧碳氢化合物的排放可以显著减少。

如图1所示，活塞1还包括设置在活塞顶部3和分层扫气通道7之间的重量减轻空间9。根据所示的实施例，重量减轻空间9被配置为在包括活塞1的引擎运行期间与任何气体传输通道隔离，并且在引擎运行期间不被分配任何气体传输任务。重量减轻空间9延伸穿过活塞1的罩表面5，并且在罩表面5中具有开口14。根据所示的实施例，重量减轻空间9的开口14是重量减轻空间9的唯一开口。在图1中，以虚线示出重量减轻空间9的在罩表面5径向内侧的界定表面的通过开口14不可见的部分。重量减轻空间9在罩表面5处具有最大第一轴向范围a1。术语“最大第一轴向范围a1”在此旨在包含重量减轻空间9的最大范围a1，在平行于活塞1的中心轴线ax的方向上在罩表面5处在重量减轻空间9的两个界定表面之间(即在开口14处)测量该最大范围a1。活塞1的中心轴线ax与活塞1在引擎中运行期间的运动方向重合。此外，活塞1的中心轴线ax也与圆柱形罩表面5的中心轴线ax重合。

此外，根据本公开，重量减轻空间9在罩表面5的径向内侧具有第二轴向范围a2。如图1所示，第二轴向范围a2大于最大第一轴向范围a1。术语“第二轴向范围a2”在此旨在包括重量减轻空间9的范围a2，在平行于活塞1的中心轴线ax的方向上在罩表面5的径向内侧的重量减轻空间9的两个界定表面之间测量该范围a2。根据本公开的一些实施例，在第一轴向范围a1的径向内部测量第二轴向范围a2。即，根据这样的实施例，在同一平面中测量第一轴向范围a1和第二轴向范围a2，其中，该平面沿着活塞1的中心轴线ax延伸。

如本文进一步解释的，由于第二轴向范围a2大于最大的第一轴向范围a1，为结构坚固且刚性的活塞1提供了条件，同时为活塞1的重量的显著减轻提供了条件。此外，活塞1的罩表面5具有许多与引擎相关的功能，例如，在活塞沿着气缸运动时提供密封、传导热量以及相对于引擎的气缸稳定活塞1。因此，由于第二轴向范围a2大于最大第一轴向范围a1，因此为活塞1的重量的显著减轻提供了条件，同时罩表面5的与引擎相关的功能没有显著受损。

根据所示的实施例，第二轴向范围a2大于最大第一轴向范围a1大约128％。根据进一步的实施例，第二轴向范围a2可以比最大第一轴向范围a1大至少10％，或者大至少40％。此外，根据一些实施例，第二轴向范围a2可以比最大第一轴向范围a1大至少80％，或者大至少100％。

图2示出了图1所示的活塞1的第一横截面。在平行于活塞1的中心轴线的平面中偏离中心轴线的位置处形成图2的第一横截面。如图2所示，重量减轻空间9包括在罩表面5处的第一最上界定表面10’。术语“第一最上界定表面10””在此旨在包括在罩表面5处的重量减轻空间9的界定表面10’(即在开口14处)，该界定表面10’在平行于活塞1的中心轴线ax的方向上测量时最靠近活塞顶部3。此外，重量减轻空间9包括位于罩表面5的径向内侧处的第二上界定表面10”。如图2所示，第二上界定表面10”被设置成比第一最上界定表面10’更靠近活塞顶部3。以这种方式，为结构坚固且刚性的活塞1提供了条件，同时为活塞1的重量的显著减轻提供了条件。

第二上界定表面10”可以是重量减轻空间9在罩表面5的径向内侧的最上界定表面10”，如根据所示的实施例的情况，即，重量减轻空间9在罩表面5的径向内侧的界定表面10”在平行于活塞1的中心轴线ax的方向上测量最靠近活塞顶部3。在活塞1包括平坦的活塞顶部3的情况下，第一最上界定表面10’的表面法线和第二上界定表面10”的表面法线均指向与活塞顶部的表面法线相反的方向。此外，当活塞1安装在引擎中并且在朝向下止点的方向上移动时，第一最上界定表面10’的表面法线和第二上界定表面10”的表面法线均指向与活塞1的移动方向重合的方向。然而，显然，应该理解，本文的教导也适用于具有非平坦活塞顶部的活塞。

在图1和图2中，示出了第一活塞环槽11和第二活塞环槽13。如图2中最佳所示，重量减轻空间9在第一活塞环凹槽11径向内侧延伸，并且在第二活塞环凹槽13径向内侧延伸。此外，重量减轻空间9包括在罩表面5处的第一最低界定表面15’和在罩表面5的径向内侧处的第二下界定表面15”。如图2所示，第二下界定表面15”比第一最低界定表面15’更远离活塞顶部3。以这种方式，为结构坚固且刚性的活塞1提供了条件，同时为活塞1的重量的显著减轻提供了条件。

术语“第一最低界定表面15’”在此旨在包括在罩表面5处的重量减轻空间9的界定表面15’(即在开口14处)，该界定表面15’在平行于活塞1的中心轴线ax的方向上测量时距离活塞顶部3最远。第二下界定表面15”可以是在罩表面5的径向内侧的重量减轻空间9的最下界定表面15”，如根据所示的实施例的情况，即在罩表面5的径向内侧的重量减轻空间9的界定表面15”在平行于活塞1的中心轴线的方向上测量时距离活塞顶部3最远。在活塞1包括平坦的活塞顶部3的情况下，第一最低界定表面15’的表面法线和第二下界定表面15”的表面法线均指向活塞顶部的表面法线的方向。此外，当活塞1安装在引擎中并且在朝向上止点的方向上移动时，第一最低界定表面15’的表面法线和第二下界定表面15”的表面法线均指向与活塞1的移动方向重合的方向。

根据本公开的一些实施例，重量减轻空间9可以在分层扫气通道7径向内侧延伸。在图2中用虚线15”’表示这种重量减轻空间9的下界定表面15”’。

根据所示的实施例，重量减轻空间9的径向范围r1大约是活塞1的半径的57％。根据进一步的实施例，重量减轻空间9的径向范围r1可以是活塞1的半径的至少15％，或者至少35％。重量减轻空间9的径向范围r1可以在活塞1的径向方向上，即在垂直于活塞1的中心轴线的方向上，从罩表面5到重量减轻空间9的径向内部界定表面测量。

图3示出了图1和图2所示的活塞1的第二横截面。在垂直于活塞1的中心轴线ax的平面中形成图3的第二横截面。如图3所示，重量减轻空间9在罩表面5处具有最大的第一切向范围T1，并且在罩表面5的径向内侧具有第二切向范围T2，并且其中，第二切向范围T2大于最大的第一切向范围T1。因此，为结构坚固且刚性的活塞1提供了条件，同时为进一步减轻活塞1的重量提供了条件。这是因为活塞1的罩表面5处的材料对于活塞1的结构强度和刚度比罩表面5径向内部的材料更重要。

本文所指的切向长度T1、T2是在垂直于活塞1的中心轴线ax的平面中沿着的测量线L1、L2测量的重量减轻空间9的两个界定表面之间的距离，该测量线具有与中心轴线ax交叉的中心法线c1、c2。根据所示的实施例，第二切向范围T2大于最大第一切向范围T1大约18％。根据进一步的实施例，第二切向范围T2可以比最大第一切向范围T1大至少5％，或者大至少10％。

如图1所示，根据所示的实施例，活塞1包括在罩表面5中的第二分层扫气通道7’。第二分层扫气通道7’还被设置成当活塞1相对于引擎气缸处于特定位置时，在引擎的气缸壁中叠加输送管道和空气通道。即，当活塞1处于该位置时，干净的空气(即没有添加燃料的空气)也可以经由第二分层扫气通道7’从空气通道流入输送管道。此外，如图1、图2和图3所示，活塞1包括设置在活塞顶部3和第二分层扫气通道7’之间的第二重量减轻空间9’。如图3所示，重量减轻空间9设置在沿着活塞1的中心轴线ax延伸的平面p1的第一侧s1上，第二重量减轻空间9’设置在平面p1的第二侧s2上，其中，第二侧s2与第一侧s1相反。第二重量减轻空间9’具有与重量减轻空间9基本相同但成镜像的形状，本文不再详细解释。

此外，如图1和图3所示，活塞1包括第三重量减轻空间9”和第四重量减轻空间9”’。根据所示的实施例，第三重量减轻空间9”和第四重量减轻空间9”’均设置在活塞顶部3和活塞1的分层扫气通道7、7’之间。第三重量减轻空间9”和第四重量减轻空间9”’可以均包括与本文解释的重量减轻空间9相似或相应的特征。

活塞1可以由铝合金形成。此外，如本文进一步解释的，活塞1可以使用浇注制造方法制造。根据图1至图3所示的实施例的活塞1是用于小型曲轴箱扫气二冲程引擎的二冲程引擎活塞1。

图4示出了根据一些实施例的手持式工具40。根据所示的实施例，手持式工具40是链锯。根据进一步的实施例，手持式工具40可以是另一种类型的便携式工具，例如，绿篱机、吹叶机、多功能工具等。手持式工具40包括二冲程引擎30。二冲程引擎30包括根据图1至图3所示的实施例的活塞1。

图5示出了根据一些实施例的模具50。根据所示的实施例，模具50具有空腔52，空腔52设置成使得在空腔52中浇注的活塞接收活塞顶部、罩表面和罩表面中的分层扫气通道。根据所示的实施例，模具50包括两个半模53、53’。两个半模53、53’可以沿着空腔52的中心轴线延伸的分离平面彼此分离。

根据一些实施例，图6示出了芯54。如本文进一步解释的，根据所示的实施例，芯54被配置为设置在模具50的空腔52中。

图7示出了根据一些实施例的制造二冲程引擎活塞1的方法100。活塞1可以是根据图1至图3所示的实施例的活塞1。此外，下面参考图5所示的模具50和图6所示的芯54。因此，下面同时参考图1至图3和图5至图7。制造二冲程引擎活塞1的方法100包括以下步骤：

提供110具有空腔52的模具50，空腔52被设置成使得在空腔52中浇注的活塞1容纳活塞顶部3、罩表面5和罩表面5中的分层扫气通道7，并且

在空腔52中设置120芯54，使得芯54的外表面54’限定活塞1的重量减轻空间9的内表面8，并且使得重量减轻空间9设置在活塞顶部3和分层扫气通道7之间，并且容纳在罩表面5处的最大第一轴向范围a1和在罩表面5的径向内侧处的第二轴向范围a2，其中，第二轴向范围a2大于最大第一轴向范围a1。

在图1中示出上述重量减轻空间9的内表面8。将芯54设置120在空腔52中的步骤可以在提供110模具50的步骤之后进行。根据这样的实施例，芯54可以附接到空腔52的界定表面。作为替代方案，提供110模具50和将芯54设置120在空腔52中的步骤可以同时进行。根据这样的实施例，芯54可以与模具50集成在一起。

如图7所示，设置芯54的步骤120可以包括以下步骤：

步骤122：设置与模具50不同材料的芯54。

作为示例，模具50可以由金属材料提供，例如，钢材料，并且芯54可以由多孔材料设置，例如，沙子和/或盐。

如图7所示，设置芯54的步骤120包括以下步骤：

步骤124：设置芯体54，使得芯体54变成失芯54，即旨在一次性使用的一次性芯体54。

以这种方式，尽管活塞1包括分层扫气通道7，并且尽管重量减轻空间9的第二轴向范围a2大于最大第一轴向范围a1，但是在将活塞1浇注在模具50中之后，可以容易地移除芯54。

如图7所示，设置芯54的步骤120包括以下步骤：

步骤126：设置多孔材料的芯54。

以这种方式，尽管活塞1包括分层扫气通道7，并且尽管重量减轻空间9的第二轴向范围a2大于最大第一轴向范围a1，但是在将活塞1浇注在模具50中之后，可以容易地移除芯54。

如图7所示，设置多孔材料芯54的步骤126包括以下步骤

步骤128：设置沙子和/或盐的芯54。

以这种方式，尽管活塞1包括分层扫气通道7，并且尽管重量减轻空间9的第二轴向范围a2大于最大第一轴向范围a1，但是在将活塞1浇注在模具50中之后，可以容易地移除芯54。

如图7所示，设置120芯54的步骤包括以下步骤：

步骤130：使用增材制造方法设置芯54。

根据这些实施例，可以使用增材制造方法来提供芯54以及模具50。

使用增材制造方法设置芯54的步骤130可以包括以下步骤：

连续沉积材料层，使得沉积的材料层一起形成芯54。

可选地，方法100可以包括：

连续沉积材料层，使得沉积的材料层一起形成模具50和芯54。

增材制造有时被称为3D打印。本文所指的增材制造方法可以是属于以下类别的增材制造方法：光聚合、立体平版印刷、材料喷射、粘合剂喷射、粉末床熔融、材料挤出、定向能量沉积、选择性激光熔化/烧结\或片材层压。

本文描述的方法100可以进一步包括以下步骤：

步骤132：在模具50的空腔52中浇注活塞1。

可以例如使用铝合金浇注活塞1。此外，作为示例，可以使用压铸或重力浇注来浇注活塞1。

根据一些实施例，本文描述的方法100可以进一步包括以下步骤：

在浇注活塞1的步骤132之后，加工活塞顶部3、罩表面5和分层扫气通道7中的一个或多个。

加工步骤可以例如包括研磨、车削和铣削中的一种或多种。

图8示出了根据一些进一步实施例的制造引擎活塞1的方法200。方法200包括以下步骤：

步骤150：提供具有空腔52的模具50，空腔52被设置成使得在空腔52中浇注的活塞1容纳活塞顶部3和罩表面5，并且

步骤160：在空腔52中设置芯54，使得芯54的外表面54’限定活塞1的重量减轻空间9的内表面8，并且使得重量减轻空间9接收在罩表面5处的最大第一轴向范围a1和在罩表面5的径向内侧处的第二轴向范围a2，其中，第二轴向范围a2大于最大的第一轴向范围a1。

根据这些实施例，活塞可以是不同于二冲程引擎活塞1的另一种类型的引擎活塞，例如，四冲程活塞。这种活塞可以例如被配置为用于压燃式引擎(例如，柴油引擎)或者具有火花点火装置的奥托引擎，其中，奥托引擎可以被配置为以气体、汽油、酒精、类似的挥发性燃料、或其组合运行。

此外，如图8所示，方法200可以包括本文参考图7描述的步骤122、124、126、128、130、132中的任何一个。此外，由方法200制造的活塞可以包括一个或多个特征、功能和优点，如参考图1至图3解释的活塞1。

应当理解，前述内容是各种示例性实施例的说明，并且本发明仅由所附权利要求限定。本领域技术人员将认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以修改示例性实施例，并且示例性实施例的不同特征可以组合，以创建除了本文描述的实施例之外的实施例。

如本文所使用的，术语“包括(comprising)”或“具有(comprises)”是开放式的，并且包括一个或多个陈述的特征、元件、步骤、组件或功能，但是不排除一个或多个其他特征、元件、步骤、组件、功能或其组合的存在或添加。

在活塞1包括两个或多个重量减轻空间9、9’、9”、9”’的实施例中，本文提到的“重量减轻空间9”也可以被称为“第一重量减轻空间9”。因此，贯穿本公开，措辞“重量减轻空间9”可以被措辞“第一重量减轻空间9”代替。