專利名稱：用于內(nèi)燃機的活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞，用于內(nèi)燃機，所述活塞包括活塞頂，火 力岸以及活塞環(huán)區(qū)，所述活塞環(huán)區(qū)設(shè)有環(huán)形槽；所述活塞還包括活塞 裙，所述活塞裙具有兩個設(shè)置在活塞的受壓側(cè)和背壓側(cè)上的裙壁，并 且所述活塞裙還具有兩個面向所述活塞環(huán)區(qū)而凹陷設(shè)置并與所述裙 壁連接的箱體壁，其中，所述箱體壁設(shè)有銷轂，所述銷轂設(shè)有轂孔。
背景技術(shù)：
馬勒公司(MAHLE)公開了一種名為"Ecoform"的活塞。這種 構(gòu)造方式下的活塞也稱為"箱體式活塞"。在典型的箱體式活塞中， 活塞裙的兩個側(cè)壁相對于活塞的外部結(jié)構(gòu)而凹陷設(shè)置。凹陷設(shè)置的、 略長的側(cè)壁稱為"箱體壁"；其它兩個略狹長的、未凹陷設(shè)置的側(cè)壁 為"裙壁"，并且所述裙壁設(shè)有活塞裙的實際工作面。在箱體壁中， 設(shè)有具有轂孔的銷轂。所述箱體壁和銷轂在活塞頂?shù)南聜?cè)與所述活塞 頂相連接。
這種類型的活塞經(jīng)常存在這樣的問題，g卩，在運行過程中，在 銷轂區(qū)域以及箱體壁與活塞頂下側(cè)的連接區(qū)域所產(chǎn)生的應力是如此 之大，以致能夠在銷轂區(qū)域和活塞頂下側(cè)產(chǎn)生裂縫，所述裂縫在極端 的情況下能夠延伸通過整個活塞頂，并且還能夠使裙壁受到損壞。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于，能夠顯著地降低上述應力。此外，作 為副效應，還使活塞便于制造，也就是說，降低活塞重量以及由此減 輕待移動的總量(Masse)。
解決上述問題的技術(shù)方案在于提供一種具有權(quán)利要求1的技術(shù) 特征的活塞。由本發(fā)明可知，設(shè)置在受壓側(cè)上的裙壁在活塞的圓周方向上短于設(shè)置在背壓側(cè)上的裙壁。
所述受壓側(cè)和所述背壓側(cè)為此而區(qū)分開，因為在燃燒室內(nèi)點火 的過程中在活塞頂上所產(chǎn)生的氣壓起作用時，通過傾斜的聯(lián)桿使活塞 的側(cè)面受到壓力或使活塞向側(cè)面傾斜，產(chǎn)生的結(jié)果是，兩個裙壁中的 一個通過其工作面而被壓向氣缸孔的內(nèi)壁。這個裙壁就作為設(shè)置在受 壓側(cè)上的裙壁。
令本領(lǐng)域技術(shù)人員意想不到的就是經(jīng)過試驗而查明，在上述本 發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，在銷轂區(qū)域以及在活塞頂下側(cè)的箱體壁的支撐區(qū)域上 幾乎不會產(chǎn)生裂縫。
從屬權(quán)利要求提供了具有優(yōu)勢的擴展方案。
由本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例可知，將所述銷轂與設(shè)置在所述背 壓側(cè)上的裙壁連接在一起的箱體壁部段在銷轂區(qū)域上的距離小于在 裙壁區(qū)域上的距離。此外，將所述箱體壁部段與設(shè)置在所述背壓側(cè)上 的裙壁的連接制成拱形、直線形、S形、U形、凸出或凹陷結(jié)構(gòu)。通 過這種具有優(yōu)勢的實施例，降低了在箱體壁上以及還有可能在裙壁上 出現(xiàn)裂縫的危險。
與此相對地，具有優(yōu)勢的是，將所述銷轂與設(shè)置在所述受壓側(cè) 上的裙壁連接在一起的箱體壁部段在所述銷轂區(qū)域上的距離等于或 大于在所述裙壁區(qū)域上的距離。這意味著，相應的從銷轂到達裙壁的 箱體壁部段或者是相互平行延伸，或者是相互交疊延伸。由此，也降 低了在箱體壁上以及還有可能在裙壁上出現(xiàn)裂縫的危險。
將設(shè)置在所述受壓側(cè)上的裙壁在該裙壁中間區(qū)域的厚度設(shè)成薄 于該裙壁對應于所述箱體壁中的邊緣區(qū)域的厚度。通常例如還能夠得 出，將設(shè)置在所述受壓側(cè)上的裙壁在該裙壁中間區(qū)域的厚度設(shè)成薄于
該裙壁對應于所述箱體壁的邊緣區(qū)域厚度的50%。由此實現(xiàn)了顯著的
重量節(jié)省，從而顯著減輕了本發(fā)明活塞的待移動總量。
在這種情況下，特別具有優(yōu)勢的是，所述裙壁的厚度增加是從 該裙壁的中間區(qū)域向邊緣區(qū)域持續(xù)延伸。由此使應力載荷均勻地分布 在裙壁上。
至少使設(shè)置在所述受壓側(cè)上的裙壁至少能夠在該裙壁的外殼表面區(qū)域上具有比所述活塞環(huán)區(qū)更強烈的彎曲結(jié)構(gòu)，也就是說，使該裙 壁能夠具有比所述活塞環(huán)區(qū)更大的橢圓度。通過這種方式還能夠提高 本發(fā)明的活塞在活塞裙區(qū)域上的彈性。
由本發(fā)明附加優(yōu)選的擴展方案可知，所述箱體壁在與所述活塞
頂?shù)南聜?cè)連接的區(qū)域上相互以一定距離延伸，該距離大致對應于銷轂 頂點中的內(nèi)部銷轂邊緣的距離。與此相關(guān)的試驗已經(jīng)證實，由此方案 還可以進一步改善本發(fā)明活塞的結(jié)構(gòu)剛性。
此外，所述箱體壁還能夠在與所述活塞頂?shù)南聜?cè)連接的方向上 形成一銳角。該項特征的優(yōu)選擴展方案在于，所述每個箱體壁與所述 活塞的縱軸線形成5° -30°夾角。由此能夠?qū)崿F(xiàn)立式鑄造加工的更 大空間，也就是說，在本發(fā)明活塞的鑄型上所采用的型芯大于現(xiàn)有技 術(shù)所采用的型芯，所述型芯特別沿著活塞頂下側(cè)的方向延伸開。這就 使本發(fā)明活塞的活塞頂能夠制成顯著地薄于現(xiàn)有技術(shù)的活塞頂。因 此，能夠?qū)崿F(xiàn)明顯的重量減輕，例如，相對于現(xiàn)有技術(shù)減輕大約
10%-15%的重量。最后，與現(xiàn)有技術(shù)下公知的活塞相比，箱體壁18、 19的壁厚減小大約100%，從而再次實現(xiàn)了極為顯著的重量節(jié)省。
由本發(fā)明活塞的一種特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)可知，所述箱體壁在其下
方區(qū)域沿著其自由底邊的方向上具有一個均勻的壁厚，或者箱體壁具 有向下_一沿著油室方向一一持續(xù)增加的壁厚。此外，所述箱體壁的 壁厚能夠向著所述裙壁持續(xù)增加。這意味著，現(xiàn)有技術(shù)中在箱體壁的 下側(cè)所必需的凸緣或相應的加厚結(jié)構(gòu)可以在此忽略。同時，實現(xiàn)了在 運行過程中承受載荷的情況下的在所述箱體壁以及裙壁上均勻協(xié)調(diào) 的應力分布。因此，通過這種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)還能夠進一步地降低在箱體 壁以及裙壁上出現(xiàn)裂縫的危險。
本發(fā)明活塞的又一優(yōu)選實施例示出了，所述活塞設(shè)有肋部，所 述肋部從側(cè)面限定所述轂孔，并且所述肋部從所述活塞環(huán)區(qū)的下側(cè)區(qū) 域至少延伸至所述轂孔的頂部邊緣。由此，除了本發(fā)明實現(xiàn)了更好的 彈性以及更多的重量減輕之外，本發(fā)明還實現(xiàn)了所述活塞在銷轂區(qū)域 上的特別具有優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)加固。在這種情況下，所述肋部能夠延伸至 所述轂孔的水平中軸線。進一步優(yōu)選地，所述肋部呈直線或呈拱形延伸，從而避免采用能夠?qū)е虏痪鶆虻膽Ψ植嫉奶菪谓Y(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的活塞能夠由輕金屬合金、優(yōu)選地由鋁合金制成。特別
適合地，例如采用基于鋁的、馬勒(MAHLE， g卩"MAHLE INTERNATIONAL GMBH")公司的型號從M124、 M138、 M142、 M145至M147的合金而制 成。
本發(fā)明的活塞特別適用于承受高載荷的四沖程發(fā)動機。


接下來根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。附圖示意性
而非標準限定性地示出了
圖1為本發(fā)明活塞的實施例沿圖2中I-I線的截面圖2為圖1的活塞沿圖1中箭頭P方向觀察的示意圖，其中，
活塞成一定角度傾斜；
圖3為圖1的活塞帶有裙壁的側(cè)視圖4為圖1的活塞沿圖2中IV-IV線的截面圖，其中共同示出
了活塞以及示意性表明的氣缸孔的內(nèi)壁。
具體實施例方式
圖1和2示出了本發(fā)明活塞10的實施例，該活塞優(yōu)選地適用于 四沖程發(fā)動機?；钊?0以公知的方式設(shè)有活塞頂11，以及環(huán)形的火 力岸12和環(huán)形的活塞環(huán)區(qū)13;所述活塞頂設(shè)有活塞頂凹坑11a;所 述活塞環(huán)區(qū)設(shè)有環(huán)形槽14。
活塞10還設(shè)有活塞裙15，該活塞裙與活塞頂11的下側(cè)lib連 接。活塞裙15又具有設(shè)置在活塞10的受壓側(cè)(DS)和背壓側(cè)(GDS) 上的裙壁16、 17，并且活塞裙還設(shè)有兩個箱體壁()18、 19，這兩 個箱體壁面向活塞環(huán)區(qū)13而凹陷設(shè)置并且與裙壁16、 17連接。每個 裙壁16、 17的外圍表面都表示為活塞裙15的一個工作面。每個箱體 壁18、 19都設(shè)有一個銷轂21，該銷轂設(shè)有轂孔22。由此，每個箱體 壁18、 19都各自分為兩個箱體壁部段18a、 18b和19a、 19b。本實 施例中，活塞10采用基于鋁的、馬勒(MAHLE)公司的型號從M124、
8M138、 M142、 M145至M147的合金而制成。
由本發(fā)明可知，設(shè)置在受壓側(cè)(DS)上的裙壁16在活塞10的 圓周方向上短于設(shè)置在背壓側(cè)(GDS)上的裙壁17。這說明，本發(fā)明 方式和方法下的裙壁16、 17形成非對稱結(jié)構(gòu)。通過這種令本領(lǐng)域技 術(shù)人員意想不到的方式，減少了裂縫的生成，特別是減少了銷轂21 區(qū)域和活塞頂ll區(qū)域上的裂縫生成，這方面能夠經(jīng)過試驗來確定。
在所示實施例中，將銷轂21與設(shè)置在受壓側(cè)(DS)上的裙壁16 連接在一起的箱體壁部段18a、 19a相互平行延伸。這兩個箱體壁部 段還能夠相互交疊延伸，也就是說，使箱體壁部段18a、 19a在銷轂 21區(qū)域中的距離能夠大于它們在裙壁16區(qū)域中的距離(未示出)。
裙壁16能夠制成月牙形，如在圖2中虛線所示。也就是說，將 裙壁16在其中間區(qū)域上的橫截面制成薄于在其連接到箱體壁部段 18a、 19a的邊緣區(qū)域上的橫截面。這樣的橫截面減小量能夠達到是 邊緣區(qū)域橫截面的50%。在所示實施例中，裙壁16的厚度變化從其 中間區(qū)域向其邊緣區(qū)域持續(xù)延伸，也即，并不是能夠?qū)е略谌贡?6 上不平均的應力分布的梯形結(jié)構(gòu)。
在所示實施例中，將銷轂21與設(shè)置在背壓側(cè)(GDS)上的裙壁 17連接在一起的箱體壁部段18b、 1%，從銷轂21向裙壁17大致呈 梯形向外延伸。箱體壁部段18b、 19b與設(shè)置在背壓側(cè)(GDS)上的裙 壁17的連接能夠制成如圖2所示的拱形結(jié)構(gòu)。然而還可以制成直線 形、S形、U形、凸出或凹陷結(jié)構(gòu)。
此外，還由圖2可知，所示實施例中，箱體壁18、 19在與活塞 頂11的下側(cè)llb連接的區(qū)域上相互以一定距離延伸，該距離大致對 應于銷轂頂點中的內(nèi)部銷轂邊緣的距離。由此，提高了本發(fā)明活塞 10的結(jié)構(gòu)剛性，并且因此進一步降低出現(xiàn)裂縫的危險。
圖1還示出了，箱體壁18、 19在與活塞頂11的下側(cè)lib連接 的方向上形成一銳角(a )。此外，如圖1所示，每個箱體壁18、 19還能夠與活塞10的縱軸線(A)形成5° -30°夾角。由此，不僅 能夠?qū)崿F(xiàn)一個更好的立式鑄造加工(Hochgiessung)，還能夠使箱體 壁18、 19的厚度相對于現(xiàn)有技術(shù)的活塞進一步減小大約100%。
9最后，能夠根據(jù)圖l可知，在所示實施例中，箱體壁18、 19在 其下側(cè)區(qū)域沿著其自由底邊的方向上具有一個均勻的壁厚(d)。換 句話說，通常在現(xiàn)有技術(shù)的箱體活塞中所必需的凸緣或相應的加厚結(jié) 構(gòu)能夠在此忽略。由此，不僅實現(xiàn)了進一步的重量減輕，還進一步降 低了本發(fā)明活塞10的傾斜力矩。根據(jù)圖1以虛線示出的另一實施例，
箱體壁18、 19的壁厚能夠大約從轂孔中央到箱體壁的下側(cè)端部一一
沿著箱體壁自由底邊的方向一一線性持續(xù)地增加。
同樣，本發(fā)明的范圍還在于，從活塞銷轂21延伸出至裙壁16、 17的箱體壁18、 19具有線性持續(xù)增加的壁強度。
由圖3可知，本發(fā)明的活塞10上設(shè)有肋部23，該肋部從側(cè)面限 定轂孔22，并且該肋部從活塞環(huán)區(qū)13的下側(cè)區(qū)域優(yōu)選地延伸至轂孔 22的水平中軸線B。此外，由圖3所示的又一實施例(用虛線表示) 可知，肋部23還能夠延伸至轂孔22的最低點。由此實現(xiàn)了一個對活 塞的額外加固。如圖3可知，肋部23可以呈拱形延伸，還能夠呈直 線延伸。
圖3還示出了，裙壁16、 17能夠以不同的方式構(gòu)成，例如，以 平行結(jié)構(gòu)和向下側(cè)突出的拱形結(jié)構(gòu)，或是如虛線所示的梯形結(jié)構(gòu)。
圖4清楚地示出了本發(fā)明的活塞10與氣缸孔31的內(nèi)壁32共同 作用的示意圖。當在燃燒室內(nèi)點火的過程中在活塞頂11的頂部所產(chǎn) 生的氣壓導致活塞10傾斜時，作用在活塞10上的剪切力用箭頭K 來表示。在這種情況下，對于本發(fā)明活塞10確定的是，通過所述活 塞與載荷相適應的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了一個顯著更薄的箱體壁厚，并且顯著降 低了特別是在銷轂21區(qū)域以及箱體壁18、 19和裙壁16、 17區(qū)域上 出現(xiàn)裂縫的危險。除此之外，還能夠減輕活塞10的重量，并且由此 相對于現(xiàn)有技術(shù)而顯著減輕待移動的總量。
權(quán)利要求
1.一種活塞(10)，用于內(nèi)燃機，所述活塞包括活塞頂(11)，火力岸(12)以及活塞環(huán)區(qū)(13)，所述活塞環(huán)區(qū)設(shè)有環(huán)形槽(14)；所述活塞還包括活塞裙(15)，所述活塞裙具有兩個設(shè)置在活塞(10)的受壓側(cè)(DS)和背壓側(cè)(GDS)上的裙壁(16、17)，并且所述活塞裙還具有兩個面向所述活塞環(huán)區(qū)(13)而凹陷設(shè)置并與所述裙壁(16、17)連接的箱體壁(18、19)，其中，所述箱體壁(18、19)設(shè)有銷轂(21)，所述銷轂設(shè)有轂孔(22)，其特征在于，設(shè)置在所述受壓側(cè)(DS)上的裙壁(16)在所述活塞(10)的圓周方向上短于設(shè)置在所述背壓側(cè)(GDS)上的裙壁(17)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，將所述銷轂(21) 與設(shè)置在所述背壓側(cè)(GDS)上的裙壁(17)連接在一起的箱體壁部 段(18b、 19b)在所述銷轂(21)區(qū)域上的距離小于在所述裙壁(17) 區(qū)域上的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活塞，其特征在于，將所述箱體 壁部段(18b、 19b)與設(shè)置在所述背壓側(cè)(GDS)上的裙壁(17)的 連接制成拱形、直線形、S形、U形、凸出或凹陷結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的活塞，其特征在于，將所 述銷轂(21)與設(shè)置在所述受壓側(cè)(DS)上的裙壁(16)連接在一起 的箱體壁部段(18a、 19a)在所述銷轂(21)區(qū)域上的距離等于或大 于在所述裙壁(16)區(qū)域上的距離。
5. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的活塞，其特征在于，設(shè)置 在所述受壓側(cè)(DS)上的裙壁(16)在該裙壁中間區(qū)域的厚度設(shè)成薄 于該裙壁對應于所述箱體壁(18、 19)的邊緣區(qū)域的厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的活塞，其特征在于，設(shè)置在所述受壓側(cè)(DS)上的裙壁(16)在該裙壁中間區(qū)域的厚度設(shè)成薄于該裙壁對 應于所述箱體壁(18、 19)的邊緣區(qū)域厚度的50%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的活塞，其特征在于，所述裙壁(16) 的厚度增加是從該裙壁的中間區(qū)域向邊緣區(qū)域持續(xù)延伸。
8. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的活塞，其特征在于，至少 使設(shè)置在所述受壓側(cè)(DS)上的裙壁(16)至少在該裙壁的外殼表面 區(qū)域上具有比所述活塞環(huán)區(qū)(13)更強烈的彎曲結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的活塞，其特征在于，所述 箱體壁(18、 19)在與所述活塞頂(11)的下側(cè)(lib)連接的區(qū)域上 相互以一定距離延伸，該距離大致對應于銷轂頂點中的內(nèi)部銷轂邊緣 的距離。
10. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的活塞，其特征在于，所 述箱體壁(18、 19)在與所述活塞頂(11)的下側(cè)(lib)連接的方 向上形成一銳角(a )。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的活塞，其特征在于，所述每個箱體 壁(18、 19)與所述活塞(10)的縱軸線(A)形成5°到30°的夾 角(0 )。
12. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的活塞，其特征在于，所 述箱體壁(18、 19)在其下方區(qū)域沿著其自由底邊的方向上具有一個 均勻的壁厚(d)，或者箱體壁(18c)的壁厚沿著該箱體壁自由底邊 的方向呈線性持續(xù)增加。
13. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的活塞，其特征在于，從所述活塞銷轂(21)延伸出至所述裙壁(16、 17)的箱體壁(18、 19) 具有增加的壁強度。
14. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的活塞，其特征在于，設(shè) 有肋部(23)，所述肋部從側(cè)面限定所述轂孔(22)，并且所述肋部 從所述活塞環(huán)區(qū)(13)的下方區(qū)域優(yōu)選地延伸至所述轂孔(22)的水 平中軸線(B)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的活塞，其特征在于，所述肋部(23) 延伸至所述轂孔(22)的最低點。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的活塞，其特征在于，所述肋 部(23)呈直線或呈拱形延伸。
17. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的活塞，其特征在于，所 述活塞(10)由輕金屬合金、優(yōu)選地由鋁合金制成。
18. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的活塞，所述活塞(10) 用于四沖程發(fā)動機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活塞(10)，用于內(nèi)燃機，所述活塞包括活塞頂(11)，環(huán)形火力岸(12)以及環(huán)形活塞環(huán)區(qū)(13)，所述活塞環(huán)區(qū)設(shè)有環(huán)形槽(14)；所述活塞還包括活塞裙(15)，所述活塞裙具有兩個設(shè)置在活塞(10)的受壓側(cè)(DS)和背壓側(cè)(GDS)上的裙壁(16、17)，并且所述活塞裙還具有兩個面向所述活塞環(huán)區(qū)(13)而凹陷設(shè)置并與所述裙壁(16、17)連接的箱體壁(18、19)，其中，所述箱體壁(18、19)設(shè)有銷轂(21)，所述銷轂設(shè)有轂孔(22)。由本發(fā)明可知，設(shè)置在所述受壓側(cè)(DS)上的裙壁(16)在活塞(10)的圓周方向上短于設(shè)置在所述背壓側(cè)(GDS)上的裙壁(17)。
文檔編號F02F3/02GK101668938SQ200880013916
公開日2010年3月10日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者彼得·克姆尼茨, 彼得·克萊因勒, 拉爾夫·布賴格, 賴納·菲舍爾 申請人:馬勒國際公司