用于內(nèi)燃機的活塞的制作方法
【專利摘要】用于內(nèi)燃機的活塞，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)，其中至少一個裙部壁(12)設置用于活塞(10)在安裝狀態(tài)中的受壓側(cè)。所述活塞的特征尤其在于，在設置用于所述活塞(10)的受壓側(cè)的至少一個所述裙部壁(12)的至少一個局部區(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。
【專利說明】用于內(nèi)燃機的活塞
【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)燃機的活塞。該前序部分由專利文獻DE102008002536A1中的活塞所構(gòu)成。
【背景技術(shù)】
[0002]在內(nèi)燃機中，燃料-空氣混合物周期性地在壓縮沖程結(jié)束時和在膨脹沖程開始時點燃和燃燒。在往復運動的活塞式發(fā)動機中，這種情況在燃燒室中發(fā)生，燃燒室通過在氣缸中上下移動的活塞從曲軸箱中劃分出?；钊ㄟ^連桿連接到曲柄軸?；钊N繼而用來將活塞連接到連桿，活塞銷容納在形成于活塞中的銷座中。
[0003]近年來，發(fā)動機已經(jīng)存在一種日益增長的趨勢，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)定增長的點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)向負載。由于增加的負載，傳統(tǒng)的活塞概念越來越不適合于滿足這些需求，特別是考慮到所需要的耐久性。
[0004]為了應付增加的負載，專利文獻DE102009032379A1公開了一種具有受壓側(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。以這種方式實現(xiàn)了冷卻的改進。
[0006]已經(jīng)在前序部分中引用了的專利文獻DE102008002536A1，該文獻描述了 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，并帶來更大的回彈性。
[0007]專利文獻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)域中會出現(xiàn)箱壁裂縫。這些裂縫由彎曲力矩所導致，所述彎曲力矩在活塞裙部的形變過程中在點火壓力下產(chǎn)生，并且作用于活塞裙部和箱壁之間的過渡區(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渡半徑不能夠以令人滿意的方式來解決這個問題。

【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]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞來解決。
[0012]據(jù)此，提出了一種用于內(nèi)燃機的活塞，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，至少一個裙部壁設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用在至少一個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，即當作為耐壓管線使用的時候，側(cè)向負載會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，不會出現(xiàn)水平分量。實踐中，這大概通過使用橢圓的一部分或拋物線來實現(xiàn)。這種形式的優(yōu)勢是，僅適當?shù)卦黾又亓烤蛯崿F(xiàn)了高側(cè)向活塞負載的可轉(zhuǎn)移性。
[0014]懸鏈曲面或拋物線的對稱軸或橢圓的長軸優(yōu)選地位于如下直線上，所述直線從相應的裙部壁、優(yōu)選地從其在周向范圍內(nèi)的中心處開始延伸。換言之，懸鏈曲面或拋物線的頂點或橢圓的主頂點中的一個處于相應的裙部壁上，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，對稱軸或長軸在兩個箱壁之間延伸。因此，其方向優(yōu)選地大致上平行于箱壁，和/或垂直于通過任何活塞銷座的中心點的直線。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座的中心點之間的連接線和裙部壁部分之間的區(qū)域中。相應地，所述橢圓可以例如從裙部壁部分延伸到位于活塞銷座之間的區(qū)域中。因此，橢圓的短軸的長度大致上相應于箱壁之間的距離，并且橢圓的長軸大致上相當于活塞直徑的一半。橢圓的短軸優(yōu)選平行于銷的軸線，即活塞銷座的中心點之間的連接線。
[0016]在此處以及在本申請的其余部分中，裙部壁理解為活塞外周的一部分，所述部分在使用時頂靠內(nèi)燃機的汽缸壁，并且相應地大致上是柱形的。箱壁是活塞外周上的相對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一個部分，所述部分包括活塞裙部中的與活塞頂部相對的邊緣。這具有如下優(yōu)勢，即作為承受最大負載的一部分的活塞的邊緣受益于根據(jù)本發(fā)明的設計，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，該至少一個區(qū)域沿垂直于活塞頂部的方向延伸過一個部分，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渡，這避免了這些區(qū)域之間的潛在應力。這也具有如下優(yōu)勢，即進一步增加了活塞的穩(wěn)定性，因為現(xiàn)在加強了活塞的更大片區(qū)域。
[0020]進一步優(yōu)選的是，具有上述幾何形式的所述凹部的區(qū)域至少延伸過裙部壁的整個寬度。這具有如下優(yōu)勢，即這里也進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有這種形式的凹部壁部分之間的過渡，因此也避免了會導致材料弱化的應力。
[0021]還優(yōu)選的是，具有上述幾何形式的凹部的局部區(qū)域延伸過活塞的一個或所有的箱壁。這里也有如下優(yōu)勢，即相比于先前的優(yōu)選實施方案，進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，箱壁在銷座處位于徑向“內(nèi)側(cè)”。然而在其它的活塞中，銷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，即根據(jù)本發(fā)明，不會干擾壓力線?；钊虼司哂腥缦绿卣鳎淳哂羞M一步增加的穩(wěn)定性。這還導致了塊狀支撐件的加強。
[0023]另一個優(yōu)選的實施方案是，所有的銷座都具有如上所述的形式。這具有如下優(yōu)勢，即現(xiàn)在活塞的兩側(cè)對稱地作用，并且因此兩側(cè)以大概相同的程度承擔負載，這導致了減少的磨損。
[0024]另一個優(yōu)選的實施方案是，與最靠近外壁的凹部的幾何圖形的頂點線相對的直線的受壓側(cè)的裙部壁至少在一個周向方向上具有增加的厚度。這具有如下優(yōu)勢，即可以由更多材料來承擔活塞側(cè)部上的更大負載。因此，活塞更具回彈性。
[0025]另一個優(yōu)選的實施方案是，與最靠近外壁的凹部的幾何圖形的頂點線相對的直線的受壓側(cè)的裙部壁在兩個周向方向上都具有增加的厚度。這具有如下優(yōu)勢，即此時裙部壁的兩側(cè)以相同的方式起作用，并且因此避免了較弱側(cè)的應力和磨損。
[0026]還優(yōu)選的是，兩種上述的設計形式也呈現(xiàn)在背壓側(cè)。即使該側(cè)承受較少的壓力，其無論如何也能夠有利地避免此處的磨損和應力，這就是這些實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渡處裙部壁比箱壁厚。這具有如下優(yōu)勢，即可以節(jié)省材料的方式工作，這是因為裙部壁構(gòu)成了活塞中的承受高負載的部分，而箱壁承受相對小的負載。
[0028]另外，活塞優(yōu)選為當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時，一個箱壁、優(yōu)選所有箱壁的厚度增加。這具有如下優(yōu)勢，即以此方式，可以連續(xù)的方式形成與裙部壁的過渡部分，這是因為可以避免掉具有大厚度差異的壁之間的過渡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的活塞的仰視圖。
【具體實施方式】
[0030]現(xiàn)在將參照圖1來描述根據(jù)本發(fā)明的活塞的優(yōu)選實施方案。
[0031]圖1中顯示的活塞10包括活塞銷座18，該活塞銷座18形成于活塞裙部24中，用于接受(未示出的)活塞銷?；钊共?4包括圍繞著凹部20的兩個裙部壁12、14和兩個箱壁16。在所安裝的狀態(tài)中，(未示出的)活塞銷穿過在箱壁16中所形成的活塞銷座18和凹部20。
[0032]裙部壁12、14設計成不同的，這取決于它們是設置用于受壓側(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在周向方向上位于相應的裙部壁14的中心。另外，拋物線的對稱軸垂直于活塞銷座18的中點之間的連線而延伸。
[0034]另外，箱壁16在銷座18處“向內(nèi)”布置，即從活塞的中軸線處觀測，銷座18向外延伸到相應箱壁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渡區(qū)域，在所述過渡區(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，當移動遠離直線時，即在受壓側(cè)遠離幾何圖形的頂點或在背壓側(cè)(CPS)遠離在直徑方向上相對的線時，裙部壁12、14更厚。
【權(quán)利要求】
1.用于內(nèi)燃機的活塞(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)； 至少一個裙部壁(12)設置用于活塞(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，至少一個所述區(qū)域(22)沿垂直于活塞頂部的方向延伸過一個部分，所述部分包括與活塞頂部相對的活塞裙部的邊緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活塞，其特征在于，至少一個所述區(qū)域(22)沿垂直于活塞頂部的方向延伸過一個部分，所述部分與活塞頂部齊平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的活塞，其特征在于，所述凹部(20)的至少一個所述區(qū)域(22)延伸過所述裙部壁(12)的整個寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的活塞，其特征在于，所述凹部(20)的至少一個所述區(qū)域(22)延伸過所述箱壁(16)中之一的至少一個區(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)的至少一個所述區(qū)域(22)延伸過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的活塞銷座(18)，并且從所述活塞的中軸線處觀測，至少一個這樣的活塞銷座(18)向外延伸到相應的箱壁(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，所有的在所述箱壁(16)中形成的用于接受銷的活塞銷座(18)向外延伸到相應的箱壁(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)的幾何圖形的頂點線相對的直線的受壓側(cè)(PS)的裙部壁(12)至少在一個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)的幾何圖形的頂點線相對的直線的受壓側(cè)(PS)的裙部壁(12)在兩個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中任一項所述的活塞，其特征在于，相對于所述活塞的中軸線與所述凹部(20)的幾何圖形的頂點線在直徑方向上相對的活塞外壁處的直線的所述背壓側(cè)(CPS)上的裙部壁(14)在至少一個周向方向上、優(yōu)選在兩個周向方向上具有增加的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項所述的活塞，其特征在于，位于裙部壁(12，14)與箱壁(16)的過渡處的一個或多個、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中任一項所述的活塞，其特征在于，當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)移動時，一個箱壁(16)、優(yōu)選是全部的箱壁(16)的厚度增加。
【文檔編號】F02F3/00GK103443432SQ201280005441
【公開日】2013年12月11日 申請日期: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 申請人:菲特爾莫古紐倫堡有限公司