用于內(nèi)燃機(jī)的活塞的制作方法
【專(zhuān)利摘要】用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，所述活塞具有活塞裙部，所述活塞裙部包括裙部壁(12)和箱壁(16)；所述壁包圍著凹部(20)，其中至少一個(gè)裙部壁(12)設(shè)置用于活塞(10)在安裝狀態(tài)中的受壓側(cè)。所述活塞的特征尤其在于，在設(shè)置用于所述活塞(10)的受壓側(cè)的至少一個(gè)所述裙部壁(12)的至少一個(gè)局部區(qū)域(22)中，凹部(20)基本上限定成拋物線、橢圓的一部分或懸鏈曲面的形狀，所述拋物線、橢圓的一部分或懸鏈曲面位于大致上平行于活塞頂部的平面中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于內(nèi)燃機(jī)的活塞
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于內(nèi)燃機(jī)的活塞。該前序部分由專(zhuān)利文獻(xiàn)DE102008002536A1中的活塞所構(gòu)成。
【背景技術(shù)】
[0002]在內(nèi)燃機(jī)中，燃料-空氣混合物周期性地在壓縮沖程結(jié)束時(shí)和在膨脹沖程開(kāi)始時(shí)點(diǎn)燃和燃燒。在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中，這種情況在燃燒室中發(fā)生，燃燒室通過(guò)在氣缸中上下移動(dòng)的活塞從曲軸箱中劃分出?；钊ㄟ^(guò)連桿連接到曲柄軸。活塞銷(xiāo)繼而用來(lái)將活塞連接到連桿，活塞銷(xiāo)容納在形成于活塞中的銷(xiāo)座中。
[0003]近年來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)存在一種日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)，即趨向于與渦輪增壓相關(guān)聯(lián)的燃油直噴技術(shù)。這方面的發(fā)展使得活塞的發(fā)展面臨新挑戰(zhàn)，尤其是關(guān)于穩(wěn)定增長(zhǎng)的點(diǎn)火壓力以及不斷推后的燃燒重心位置，后者表現(xiàn)為活塞裙部的高的側(cè)向負(fù)載。由于增加的負(fù)載，傳統(tǒng)的活塞概念越來(lái)越不適合于滿(mǎn)足這些需求，特別是考慮到所需要的耐久性。
[0004]為了應(yīng)付增加的負(fù)載，專(zhuān)利文獻(xiàn)DE102009032379A1公開(kāi)了一種具有受壓側(cè)箱壁的活塞，所述受壓側(cè)箱壁沿直線延伸并且為傾斜的，使得銷(xiāo)座區(qū)域中的箱壁的距離大于受壓側(cè)裙部壁區(qū)域中的箱壁的距離。這是為了提高裙部壁/箱壁的連接。
[0005]EP0913566A2描述了一種用于內(nèi)燃機(jī)的冷卻活塞，其中在活塞內(nèi)部形成了冷卻管道，其特征在于位于活塞裙部外側(cè)的入口點(diǎn)。以這種方式實(shí)現(xiàn)了冷卻的改進(jìn)。
[0006]已經(jīng)在前序部分中引用了的專(zhuān)利文獻(xiàn)DE102008002536A1，該文獻(xiàn)描述了 一種活塞，其特征在于，在受壓側(cè)上具有大致直的連接壁，并且在背壓側(cè)上具有彎曲壁。這減少了噪音的產(chǎn)生，并帶來(lái)更大的回彈性。
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)DE4019968C2揭示了一種活塞，該活塞的所謂裙部在外側(cè)至少在一些區(qū)域中具有橢圓形的形式。
[0008]已知的具有裙部壁和箱壁的活塞也稱(chēng)作“滑履活塞”和“滑裙活塞”，這種活塞確保具有低重量和高回彈性。
[0009]由于活塞承受高負(fù)載，因此存在一種傾向，即在箱壁到活塞裙部的連接區(qū)域中會(huì)出現(xiàn)箱壁裂縫。這些裂縫由彎曲力矩所導(dǎo)致，所述彎曲力矩在活塞裙部的形變過(guò)程中在點(diǎn)火壓力下產(chǎn)生，并且作用于活塞裙部和箱壁之間的過(guò)渡區(qū)域中。常規(guī)的方法、尤其是在箱壁和側(cè)壁之間嘗試較小或較大的過(guò)渡半徑不能夠以令人滿(mǎn)意的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明基于如下目的，即提供一種活塞，其在活塞裙部到箱壁的連接區(qū)域中具有減少的箱壁裂縫的形成。
[0011]該目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞來(lái)解決。
[0012]據(jù)此，提出了一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，所述活塞具有活塞裙部，所述活塞裙部包括裙部壁和箱壁，裙部壁和箱壁限定了凹部，至少一個(gè)裙部壁設(shè)置用于活塞的安裝狀態(tài)中的受壓側(cè)，所述活塞的特征在于，在裙部壁的區(qū)域中所述凹部基本上限定成拋物線、橢圓的一部分或懸鏈曲面的形式，所述拋物線、橢圓的一部分或懸鏈曲面位于大致上平行于活塞頂部的平面中。換言之，所描述的凹部的形式應(yīng)用在至少一個(gè)具有垂直于活塞軸線的部分平面的部分中。
[0013]尤其地，懸鏈曲面的形式(該形式為在重力影響下的自由懸掛的鏈條或自由懸掛的繩索)具有如下優(yōu)勢(shì)，即當(dāng)作為耐壓管線使用的時(shí)候，側(cè)向負(fù)載會(huì)理想地僅消散于法向力中，即不產(chǎn)生彎矩。然而，相比于懸鏈曲面更易于制造的形式也可以抵消掉不同的負(fù)載狀態(tài)。其原因是已經(jīng)顯示出，有利的是作為所施加的法向力的結(jié)果，不會(huì)出現(xiàn)水平分量。實(shí)踐中，這大概通過(guò)使用橢圓的一部分或拋物線來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種形式的優(yōu)勢(shì)是，僅適當(dāng)?shù)卦黾又亓烤蛯?shí)現(xiàn)了高側(cè)向活塞負(fù)載的可轉(zhuǎn)移性。
[0014]懸鏈曲面或拋物線的對(duì)稱(chēng)軸或橢圓的長(zhǎng)軸優(yōu)選地位于如下直線上，所述直線從相應(yīng)的裙部壁、優(yōu)選地從其在周向范圍內(nèi)的中心處開(kāi)始延伸。換言之，懸鏈曲面或拋物線的頂點(diǎn)或橢圓的主頂點(diǎn)中的一個(gè)處于相應(yīng)的裙部壁上，并且優(yōu)選在周向方向上處于裙部壁的中心。
[0015]另外，優(yōu)選的是，對(duì)稱(chēng)軸或長(zhǎng)軸在兩個(gè)箱壁之間延伸。因此，其方向優(yōu)選地大致上平行于箱壁，和/或垂直于通過(guò)任何活塞銷(xiāo)座的中心點(diǎn)的直線。尤其是，在橢圓的情況中，短軸優(yōu)選地在箱壁之間延伸，并且處在位于活塞銷(xiāo)座的中心點(diǎn)之間的連接線和裙部壁部分之間的區(qū)域中。相應(yīng)地，所述橢圓可以例如從裙部壁部分延伸到位于活塞銷(xiāo)座之間的區(qū)域中。因此，橢圓的短軸的長(zhǎng)度大致上相應(yīng)于箱壁之間的距離，并且橢圓的長(zhǎng)軸大致上相當(dāng)于活塞直徑的一半。橢圓的短軸優(yōu)選平行于銷(xiāo)的軸線，即活塞銷(xiāo)座的中心點(diǎn)之間的連接線。
[0016]在此處以及在本申請(qǐng)的其余部分中，裙部壁理解為活塞外周的一部分，所述部分在使用時(shí)頂靠?jī)?nèi)燃機(jī)的汽缸壁，并且相應(yīng)地大致上是柱形的。箱壁是活塞外周上的相對(duì)于其處于后方的部分。
[0017]在從屬權(quán)利要求2到13中描述了優(yōu)選的實(shí)施方案。
[0018]另外優(yōu)選的是，所述區(qū)域沿垂直于活塞頂部的方向延伸過(guò)一個(gè)部分，所述部分包括活塞裙部中的與活塞頂部相對(duì)的邊緣。這具有如下優(yōu)勢(shì)，即作為承受最大負(fù)載的一部分的活塞的邊緣受益于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，并因此尤其避免了此處的裂紋和材料的弱化。
[0019]另外優(yōu)選的是，該至少一個(gè)區(qū)域沿垂直于活塞頂部的方向延伸過(guò)一個(gè)部分，所述部分與活塞頂部齊平。以此方式，避免了具有根據(jù)本發(fā)明的形式的凹部部分和不具有此形式的其它凹部部分之間的過(guò)渡，這避免了這些區(qū)域之間的潛在應(yīng)力。這也具有如下優(yōu)勢(shì)，即進(jìn)一步增加了活塞的穩(wěn)定性，因?yàn)楝F(xiàn)在加強(qiáng)了活塞的更大片區(qū)域。
[0020]進(jìn)一步優(yōu)選的是，具有上述幾何形式的所述凹部的區(qū)域至少延伸過(guò)裙部壁的整個(gè)寬度。這具有如下優(yōu)勢(shì)，即這里也進(jìn)一步增加了裙部壁的剛度。另外，這里也避免了具有該幾何形式的凹部壁部分和沒(méi)有這種形式的凹部壁部分之間的過(guò)渡，因此也避免了會(huì)導(dǎo)致材料弱化的應(yīng)力。
[0021]還優(yōu)選的是，具有上述幾何形式的凹部的局部區(qū)域延伸過(guò)活塞的一個(gè)或所有的箱壁。這里也有如下優(yōu)勢(shì)，即相比于先前的優(yōu)選實(shí)施方案，進(jìn)一步增加了裙部壁的剛度和穩(wěn)定性。這種區(qū)域可以例如至少為相應(yīng)箱壁的周向范圍的10%、20%、50%或100%。
[0022]另外，這種形式允許這樣的箱壁布置，即從活塞的中心觀測(cè)，箱壁在銷(xiāo)座處位于徑向“內(nèi)側(cè)”。然而在其它的活塞中，銷(xiāo)座大多位于箱壁的內(nèi)側(cè)，這在根據(jù)本發(fā)明的活塞中優(yōu)選地有所不同。這具有如下優(yōu)勢(shì)，即根據(jù)本發(fā)明，不會(huì)干擾壓力線?；钊虼司哂腥缦绿卣鳎淳哂羞M(jìn)一步增加的穩(wěn)定性。這還導(dǎo)致了塊狀支撐件的加強(qiáng)。
[0023]另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案是，所有的銷(xiāo)座都具有如上所述的形式。這具有如下優(yōu)勢(shì)，即現(xiàn)在活塞的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)地作用，并且因此兩側(cè)以大概相同的程度承擔(dān)負(fù)載，這導(dǎo)致了減少的磨損。
[0024]另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案是，與最靠近外壁的凹部的幾何圖形的頂點(diǎn)線相對(duì)的直線的受壓側(cè)的裙部壁至少在一個(gè)周向方向上具有增加的厚度。這具有如下優(yōu)勢(shì)，即可以由更多材料來(lái)承擔(dān)活塞側(cè)部上的更大負(fù)載。因此，活塞更具回彈性。
[0025]另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案是，與最靠近外壁的凹部的幾何圖形的頂點(diǎn)線相對(duì)的直線的受壓側(cè)的裙部壁在兩個(gè)周向方向上都具有增加的厚度。這具有如下優(yōu)勢(shì)，即此時(shí)裙部壁的兩側(cè)以相同的方式起作用，并且因此避免了較弱側(cè)的應(yīng)力和磨損。
[0026]還優(yōu)選的是，兩種上述的設(shè)計(jì)形式也呈現(xiàn)在背壓側(cè)。即使該側(cè)承受較少的壓力，其無(wú)論如何也能夠有利地避免此處的磨損和應(yīng)力，這就是這些實(shí)施方案可以減少磨損的原因。
[0027]另外優(yōu)選的是，在活塞中，在裙部壁與箱壁的過(guò)渡處裙部壁比箱壁厚。這具有如下優(yōu)勢(shì)，即可以節(jié)省材料的方式工作，這是因?yàn)槿共勘跇?gòu)成了活塞中的承受高負(fù)載的部分，而箱壁承受相對(duì)小的負(fù)載。
[0028]另外，活塞優(yōu)選為當(dāng)從位于凹部表面上且最靠近活塞的中軸線的線朝著裙部壁移動(dòng)時(shí)，一個(gè)箱壁、優(yōu)選所有箱壁的厚度增加。這具有如下優(yōu)勢(shì)，即以此方式，可以連續(xù)的方式形成與裙部壁的過(guò)渡部分，這是因?yàn)榭梢员苊獾艟哂写蠛穸炔町惖谋谥g的過(guò)渡。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的活塞的仰視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]現(xiàn)在將參照?qǐng)D1來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的活塞的優(yōu)選實(shí)施方案。
[0031]圖1中顯示的活塞10包括活塞銷(xiāo)座18，該活塞銷(xiāo)座18形成于活塞裙部24中，用于接受(未示出的)活塞銷(xiāo)?；钊共?4包括圍繞著凹部20的兩個(gè)裙部壁12、14和兩個(gè)箱壁16。在所安裝的狀態(tài)中，(未示出的)活塞銷(xiāo)穿過(guò)在箱壁16中所形成的活塞銷(xiāo)座18和凹部20。
[0032]裙部壁12、14設(shè)計(jì)成不同的，這取決于它們是設(shè)置用于受壓側(cè)(PS)或用于背壓側(cè)(CPS)。受壓側(cè)的裙部壁12的內(nèi)側(cè)22形成為拋物線，所述拋物線從裙部壁的邊緣到活塞頂部以連續(xù)的方式形成，而背壓側(cè)的裙部壁14的內(nèi)側(cè)則不以此方式形成。
[0033]該拋物線布置成使得其頂點(diǎn)在周向方向上位于相應(yīng)的裙部壁14的中心。另外，拋物線的對(duì)稱(chēng)軸垂直于活塞銷(xiāo)座18的中點(diǎn)之間的連線而延伸。
[0034]另外，箱壁16在銷(xiāo)座18處“向內(nèi)”布置，即從活塞的中軸線處觀測(cè)，銷(xiāo)座18向外延伸到相應(yīng)箱壁16的外表面之外。另外，在所顯示的活塞中，在裙部壁12、14和箱壁16之間的交界部分處，裙部壁12、14比所述箱壁要寬，并且該交界部分的特征還在于箱壁和裙部壁之間的過(guò)渡區(qū)域，在所述過(guò)渡區(qū)域處，外表面包括向外的凸起。所述凸起源自于大致上采用活塞形式的裙部壁以及箱壁至少在箱壁和裙部壁之間的交界部分處大約垂直于該表面。另外，當(dāng)移動(dòng)遠(yuǎn)離直線時(shí)，即在受壓側(cè)遠(yuǎn)離幾何圖形的頂點(diǎn)或在背壓側(cè)(CPS)遠(yuǎn)離在直徑方向上相對(duì)的線時(shí)，裙部壁12、14更厚。
【權(quán)利要求】
1.用于內(nèi)燃機(jī)的活塞(10)， 所述活塞包括活塞裙部，所述活塞裙部包括裙部壁(12)和箱壁(16)； 所述裙部壁(12)和箱壁(16)限定了凹部(20)； 至少一個(gè)裙部壁(12)設(shè)置用于活塞(10)的安裝狀態(tài)中的受壓側(cè)； 其特征在于，在所述裙部壁(12)的區(qū)域(22)中，凹部(20)基本上限定成拋物線、橢圓的一部分或懸鏈曲面的形式，其中所述拋物線、橢圓的一部分或懸鏈曲面位于大致平行于活塞頂部的平面中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，至少一個(gè)所述區(qū)域(22)沿垂直于活塞頂部的方向延伸過(guò)一個(gè)部分，所述部分包括與活塞頂部相對(duì)的活塞裙部的邊緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活塞，其特征在于，至少一個(gè)所述區(qū)域(22)沿垂直于活塞頂部的方向延伸過(guò)一個(gè)部分，所述部分與活塞頂部齊平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于，所述凹部(20)的至少一個(gè)所述區(qū)域(22)延伸過(guò)所述裙部壁(12)的整個(gè)寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于，所述凹部(20)的至少一個(gè)所述區(qū)域(22)延伸過(guò)所述箱壁(16)中之一的至少一個(gè)區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的活塞，其特征在于，所述凹部(20)的至少一個(gè)所述區(qū)域(22)延伸過(guò)所述活塞的所有箱壁的區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于，在所述箱壁(16)上形成了用于接受銷(xiāo)的活塞銷(xiāo)座(18)，并且從所述活塞的中軸線處觀測(cè)，至少一個(gè)這樣的活塞銷(xiāo)座(18)向外延伸到相應(yīng)的箱壁(16)的外表面之外。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的活塞，其特征在于，從所述活塞的中軸線處觀測(cè)，所有的在所述箱壁(16)中形成的用于接受銷(xiāo)的活塞銷(xiāo)座(18)向外延伸到相應(yīng)的箱壁(16)的外表面之外。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于，與最靠近外壁的凹部(20)的幾何圖形的頂點(diǎn)線相對(duì)的直線的受壓側(cè)(PS)的裙部壁(12)至少在一個(gè)周向方向上具有增加的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的活塞，其特征在于，與最靠近外壁的凹部(20)的幾何圖形的頂點(diǎn)線相對(duì)的直線的受壓側(cè)(PS)的裙部壁(12)在兩個(gè)周向方向上都具有增加的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于，相對(duì)于所述活塞的中軸線與所述凹部(20)的幾何圖形的頂點(diǎn)線在直徑方向上相對(duì)的活塞外壁處的直線的所述背壓側(cè)(CPS)上的裙部壁(14)在至少一個(gè)周向方向上、優(yōu)選在兩個(gè)周向方向上具有增加的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于，位于裙部壁(12，14)與箱壁(16)的過(guò)渡處的一個(gè)或多個(gè)、優(yōu)選全部的裙部壁(12，14)比箱壁(16)要厚。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于，當(dāng)從位于凹部表面上且最靠近活塞的中軸線的線朝著裙部壁(12，14)移動(dòng)時(shí)，一個(gè)箱壁(16)、優(yōu)選是全部的箱壁(16)的厚度增加。
【文檔編號(hào)】F02F3/00GK103443432SQ201280005441
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月13日
【發(fā)明者】馬丁·納德 申請(qǐng)人:菲特爾莫古紐倫堡有限公司