CN101111670B - 具有排水槽和自由铸件的活塞孔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机的活塞(1)，所述活塞包括一个具有活塞环区(4)的活塞顶(2)和一个在活塞顶(2)之下设置的活塞裙(3)，所述活塞裙具有裙面(5)和围绕活塞销座孔(6)设置的且相对于活塞(1)的外直径(13)回缩的凹进面(7)，其中在最下面的环形槽(9)的区域内设置至少一个凹部(8)用于在活塞(1)的运动期间朝凹进面(7)的油流(11)，并且所述至少一个凹部(8)设置在活塞销座孔(6)上方的一个特别受载的区域(10)的外部。

Description

具有排水槽和自由铸件的活塞孔

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分特征的内燃机活塞。

背景技术

已知这样的内燃机活塞，其包括一个具有活塞环区的活塞顶和一在活塞顶之下设置的活塞裙。这种活塞例如也称为封闭式活塞或具有封闭式设计的活塞。已知在活塞裙的区域内存在一个活塞销座孔，其中围绕活塞销座孔构成一个相对于活塞的外直径回缩的凹进面

此外已知，在活塞环区内的最下面的环形槽的区域内存在至少一个凹部，在活塞运行中由最下面的环收集的油经由所述凹部收集并且经由凹进面朝向活塞裙的底部边缘引导。在已知的活塞的运行中已经证明，凹部这样设置在活塞销座孔上方，使得它位于一个特别受载的区域内。活塞的这个特别受载的区域位于活塞销座孔的顶点旁边的右侧和左侧，因为活塞特别是活塞顶在其运行时围绕在活塞销座孔中设置的销变形。当凹部位于这个特别受载的区域内时，它构成一个预定断裂位置(Sollbruchstelle)，从而该预定断裂位置在活塞运行时、特别是当活塞应用在如今高受载的柴油内燃机中时形成裂纹。这样的构造由JP 08 121243A、EP-A-0 529 714、US-A-1 675 174或US 2002/046593A1已知。

发明内容

与此相比，本发明提供帮助，即所述至少一个凹部设置在活塞销座孔上方的一个特别受载的区域的外部并且因此大致在凹进面的朝活塞裙的裙面方向的过渡区域内设置在凹进面的边缘上，其中所述特别受载的区域从活塞销座孔的顶点出发朝活塞环区的下边缘的方向延伸。因此一方面保留了凹部的功能，即，可以将刮油环在最下面的环形槽内收集的油经由凹进面向下导出。另外一方面，有效地阻止了裂缝形成，因为所述至少一个凹部设置在围绕活塞销座孔的凹进面的上部区域内的非特别受载的区域内。

附加设置成，在凹部向凹进面的过渡区域内设置一个加厚部，其也回缩到活塞的外直径之后。由此进一步有效阻止裂缝的形成，其中这样的加厚部也能够有助于，将凹部设置在活塞销座孔的顶点旁边的区域内，该区域然而特别能够受载。

在本发明的进一步构造中设置成，相对于活塞的外直径回缩的面至少部分地、特别是完全在自由铸造(Freiguss)中和/或通过切削加工制成，所述面可以是所述的至少一个凹部、加厚部以及围绕活塞销座孔的整个凹进面。如果所述回缩的面在自由铸造中制成，那么活塞或活塞坯件的母模具有突出的区域，该突出区域在活塞坯件铸造之后形成所述回缩的面。这具有这样的优点，即仅需要一次性制成具有相应突出区域的母模，其而后在每次铸造活塞坯件时构成所述回缩的面。附加地或代替地可以考虑的是，例如铸造具有恒定的且连贯的外直径的活塞坯件并且接下来在精加工时通过切削加工制成所述回缩的面。这是特别合适的，当使用数控机床(CNC机床)来精加工活塞时。在制造所述回缩的面时务必注意，相对于活塞外直径的处于较深位置的面的过渡区域倒圆地构成，以便阻止可能在活塞运行时形成裂缝的预定断裂位置。

附图说明

参考下面的附图阐述本发明的实施例，但是本发明不限于这些实施例。其中：图1本发明的活塞的第一实施例；图2根据图1的A-A剖视图，比例为2∶1；图3本发明的活塞的另外一个实施例；图4根据图3的A-A剖视图，比例为1∶1。

具体实施方式

图1示出一个所谓的封闭式的一体的活塞1，其中活塞1具有一个活塞顶2(必要时具有一个在此未示出的燃烧室凹腔)和一个在活塞顶之下设置的活塞裙3。在此指明，本发明可以用于任意类型的活塞构造(当然也用于铰接活塞)。

活塞顶2按照已知的方式具有一个活塞环区4，该活塞环区通常具有三个环形槽，其中活塞裙3具有两个径向对置的裙面5，在内燃机运行中活塞1利用所述裙面支承在气缸工作表面上并且在其上引导。此外活塞裙3具有一个活塞销座孔6用于安装活塞销，活塞1经由一个在此未示出的曲柄与所述活塞销连接。在围绕活塞销座孔6的区域内设置一凹进面7，凹进面7回缩到活塞1的外直径之后，而裙面5位于活塞1的外直径上。在最下面的环形槽9的区域内存在至少一个凹部8(通常是四个凹部)，其中凹部8也称为排水槽(scupperslots)。在活塞销座孔6的顶点的左侧利用附图标记10表示一个在活塞1运行时特别受载的区域，其中这个特别受载的区域10也存在于活塞销座孔6的顶点的右侧。凹部8导致，由在最下面的环形槽9中设置的刮油环收集的油经由在活塞销座孔6旁边存在的凹进面7向下(参照图1)导出，从而产生利用箭头表示的油流11。将凹部8设置在特别受载的区域旁边具有这样的优点，即在凹部8的区域内不再能够形成裂缝，因为由于回缩的面，在此材料厚度较小并且当凹部8设置在特别受载的区域10内时容易形成裂缝。由图1可以看出，因此凹部8设置在凹进面7向裙面5的过渡区域的大致上方的区域内。为了进一步有效阻止裂缝形成，在凹部8向凹进面7的过渡区域内还设置一个加厚部12，其中根据几何构造(特别是凹部8的深度、加厚部12的尺寸和凹进面7的深度)也可以将凹部8也设置在边缘区域内(与活塞销座孔的顶点远离的区域)。

为了进一步阐述本发明还要参考图2，其以比例2∶1示出图1中的A-A剖视图。在此可以看出凹部8、最下面的环形槽9和加厚部12的位置。这些区域，正如凹进面7，相对于一个利用附图标记13表示的外直径D向内回缩。回缩量取决于几何关系和力分布，其中凹部8的深度这样选择，即在活塞1运动期间由在最下面的环形槽9中设置的刮油环收集的油能够以足够的量经过过渡区域、特别是经过加厚部12排入凹进面7。为了避免裂缝形成，加厚部12在此加强构成，这意味着，它相对于外直径D比凹部8或凹进面7较少地回缩。在根据图2的构造中特别是重要的是，如图所示，从最下面的环形槽9或凹部8经由加厚部12向凹进面7的过渡区域倒圆地构成，正如从凹进面7向裙面5的过渡区域也是如此。加厚部12因此构成了材料集中以用于加强并且阻止在这个区域内形成裂缝，同时也确保了油流11，因为它回缩到外直径D之后。凹部8通常具有圆形的形状，其例如通过一个钻孔实现，但是也可以在自由铸造中制成。从凹部8向凹进面7的过渡区域的宽度并且因此加厚部12的宽度优选大于凹部8的径向延伸，以便确保朝向凹进面7的足够的油流11。但是也可以考虑的是，这个过渡区域的宽度小于或等于凹部8的宽度。

图3示出了本发明的另外一个实施例，其中在此凹部8不是构成为圆形形状(例如通过钻孔实现)，而是为具有倒圆边缘的矩形形状。在此，凹部8也位于特别受载的区域10的外部，其中在从凹部8向凹进面7的过渡区域内存在加厚部12。在图3中示出的凹部8、加厚部12以及凹进面7的形状可以以特别有利的方式在自由铸造中制成。这然而并不排除，在这些面的铸造制造后还要进行切削加工特别是精加工。

除了图3之外，还参照图4，其按照比例1∶1示出图3的A-A剖视图。在此可以非常清楚看出，凹部8不仅位于最下面的环形槽9之下的区域内，而且越过该环形槽延伸。

本发明可以应用在内燃机的任何一种活塞上，但是优选应用在由轻量化材料如铝制成的活塞上，并且优选应用在大体积的内燃机、特别是用于驱动载货车的内燃机上。

附图标记清单

1活塞

2活塞顶

3活塞裙

4活塞环区

5裙面

6活塞销座孔

7凹进面

8凹部

9最下面的环形槽

10特别受载的区域

11油流

12加厚部

13外直径D

Claims (5)

1.一种内燃机的活塞(1)，该活塞包括一个具有活塞环区(4)的活塞顶(2)和一个在活塞顶(2)之下设置的活塞裙(3)，所述活塞裙具有裙面(5)和围绕活塞销座孔(6)设置的且相对于活塞(1)的外直径(13)回缩的凹进面(7)，其中在最下面的环形槽(9)的区域内设置至少一个凹部(8)，用于在活塞(1)的运动期间朝向凹进面(7)的油流(11)，其特征在于，所述至少一个凹部(8)设置在活塞销座孔(6)上方的、在活塞销座孔(6)的顶点的左侧或右侧的一个特别受载的区域(10)的外部并且大致在凹进面朝活塞裙的裙面方向的过渡区域内设置在凹进面的边缘上，并且在凹部(8)朝凹进面(7)的方向的过渡区域内设置一个加厚部(12)，该加厚部也回缩到活塞(1)的外直径(13)之后。

2.如权利要求1所述的活塞(1)，其特征在于，相对于活塞(1)的外直径(13)回缩的面至少部分地在自由铸造中制成。

3.如权利要求1或2所述的活塞(1)，其特征在于，相对于活塞(1)的外直径(13)回缩的面至少部分地利用切削加工制成。

4.如权利要求2所述的活塞(1)，其特征在于，相对于活塞(1)的外直径(13)回缩的面全部地在自由铸造中制成。

5.如权利要求3所述的活塞(1)，其特征在于，相对于活塞(1)的外直径(13)回缩的面全部地利用切削加工制成。

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