CN101896711A - 用于内燃机的两件式活塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的两件式活塞(1)，该活塞包括顶部(2)，该顶部在活塞顶(4)的底面上具有螺栓(31)，该螺栓具有外螺纹(32)；该活塞还包括底部(3)，该底部由顶板部(25)构成，在该顶板部上径向内侧形成有沿轴向方向可弹性伸展的伸展衬套(26)，为了使顶部(2)和底部(3)螺合而将螺栓(31)插入到该伸展衬套中，其中，伸展衬套(26)在轴向方向上伸展。为了改善伸展衬套的强度使伸展衬套(26)的材料的屈服极限高于其它活塞材料的屈服极限。屈服极限的提高通过伸展衬套在轴向方向上大约1％的自身长度的剩余伸展来实现。

Description

用于内燃机的两件式活塞
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的上位概念所述的用于内燃机的两件式活塞。
背景技术
由公开文献DE 10 2005 060 548 A1提供了一种用于内燃机的两件式活塞，该活塞包括顶部和底部，该顶部设有具有外螺纹的螺栓，该螺栓同轴设置在活塞顶的底面上，在底部的顶板部上径向内侧形成一个同轴设置的、在轴向方向上可弹性伸展的伸展衬套。在顶部与底部的螺合过程中，螺栓插入到伸展衬套中，此后将一螺母拧在螺栓上，螺栓使伸展衬套在轴向方向上伸展。由此，其缺陷在于，在发动机工作状态下可以于伸展衬套上施加一个超出伸展衬套材料的屈服极限的、对准轴向的作用力，该作用力导致伸展衬套的剩余纵向伸展并由此导致活塞的顶部和底部之间的螺合连接的松弛。
发明内容
本发明的目的是要消除现有技术的缺陷。本发明的目的通过独立权利要求的特征部分提供的特征得以实现。本发明适宜的结构方案在从属权利要求中给出。
在此，通过伸展衬套在轴向方向上的塑性变形实现了，使伸展衬套材料的屈服极限这样得到提高，即，在发动机工作状态下通常的伸展衬套的拉应力条件下不会再产生伸展衬套材料的塑性化，并且由此也不会再产生活塞顶部和活塞底部之间的螺合连接的松弛。
附图说明
接下来根据附图对本发明进行详细说明。图中示出了：
图1为两件式活塞的截面图，其中，活塞的顶部和底部通过一个螺母相互螺合，该螺母形成有冲压衬套；以及
图2为装配工具示意图，借助该装配工具使安装在活塞底部上的伸展衬套的屈服极限通过剩余伸展而提高。
附图标记说明
1    活塞
2    顶部
3    底部
4    活塞顶
5    活塞顶凹坑
6    活塞环壁
7    活塞顶岸
8    活塞环区
9、9′销毂
10、10′销孔
11   销毂9、9′的正端面
12   活塞轴
13、13′活塞裙部件
14   内支架
15   外支架
16   顶部2的支撑面
17   底部3的支承肋
18   底部3的支撑面
19   支撑面
20   支承腹板
21   支撑面
22   外冷却通道
23   导入孔
24   内冷却通道
25    底部3的上方顶板部
26    伸展衬套
27    第一开孔
28    弯折部
29    螺母
30    冲压衬套
31    螺栓
32    外螺纹
33    冷却腔室
34    连接通道、进油孔
35    开孔、出油孔
36    缝隙
37、37′、37″流出通道
38    圆柱形凹槽
39    钻孔
40    箭头
41    螺栓
42    螺母
43    第二开孔
具体实施方式
图1中示出了两件式的冷却活塞1，该活塞由顶部2和底部3构成。顶部2和底部3可以由钢或其它金属材料加工而成。活塞顶4限定出顶部2的轴向顶面，该活塞顶的径向内部区域具有活塞顶凹坑5。在活塞顶4的外缘上形成有活塞环壁6，活塞环壁的外表面在活塞顶一侧形成活塞顶岸7，在该活塞顶岸上于活塞裙一侧紧接着设有活塞环区8，该活塞环区具有用于容纳图中未示出的活塞环的活塞环槽。
在底部3的背向活塞顶4的底面上设有两个销毂9、9′，这两个销毂各具有一个销孔10、10′，销毂的正端面11在活塞轴12的方向上相对于活塞环壁6在后设置。销毂9、9′经由活塞裙部件13、13′而相互连接。
活塞1的顶部2和底部3通过内支架14以及与该内支架同心设置的外支架15而相互连接。内支架14由设置在顶部2的背向活塞顶凹坑5一侧上的支撑面16和活塞顶一侧的设置在底部3的环形支承肋17上的支撑面18构成。外支架15由限定出活塞环壁6的底面的支撑面19和活塞顶一侧的设置在底部3的环形支承腹板20上的支撑面21构成。
通过活塞1的顶部2和底部3形成冷却通道22，该冷却通道设置在活塞1的活塞顶一侧的边缘区域中，该冷却通道的径向外侧边界由活塞环壁6形成，该冷却通道的径向内侧边界部分由支承肋17以及部分由活塞顶4形成，该冷却通道的轴向底部边界由活塞1的底部3形成。通过导入孔23将冷却油导入到冷却通道22中。
活塞1还具有另外一个环形冷却通道24，该环形冷却通道与活塞轴12同轴设置，该环形冷却通道的径向直径小于外冷却通道22的径向直径，并且在径向方向上观察该环形冷却通道设置在外冷却通道22的内部。内冷却通道24在轴向顶部上由活塞顶4来限定，径向外侧由支承肋17来限定，而径向底部则由底部3的形成薄壁且弹性下陷的上方顶板部25来限定，在该底部的上方顶板部上于径向内侧形成有沿轴向指向上方的伸展衬套(Dehnhülse)26，于该伸展衬套的轴向顶部上具有第一开孔27，该第一开孔设有如此沿径向指向内侧的弯折部28，即，使弯折部28的底面能够用作是一个冲压衬套(Stauchhülse)30的止动件，该冲压衬套形成在一个螺母29上。在此，伸展衬套26形成为内冷却通道24的径向内侧边界。在轴向方向上，伸展衬套26在其与第一开孔27相对的一侧上具有第二开孔43。(在此参见图2)
在活塞顶4的底面上与活塞轴12同轴地形成一个圆柱形螺栓31，该螺栓具有侧表面，该侧表面具有远离活塞顶的端部区域，该端部区域具有外螺纹32，该外螺纹对应于螺母29的内螺纹，从而使螺母29可以拧在外螺纹32上。螺栓31的轴向长度大致对应设有冲压衬套30的螺母29的轴向长度。螺栓31以及特别是螺栓外螺纹32的径向直径小于伸展衬套26的第一开孔27的径向直径，从而使螺栓31可以顺利地插入到第一开孔27中。冲压衬套30的径向内直径大于螺栓31的外螺纹32的径向外直径。
在本发明的实施例中，在外螺纹32和活塞顶4的底面之间的区域中，螺栓31的径向直径小于外螺纹32的直径，并且还小于冲压衬套30的内直径，从而在冲压衬套30和螺栓31之间形成一个环形冷却腔室33。
经由导入孔23将冷却油导入到外冷却通道22中，冷却油再经由连接通道34流入到内冷却通道24中，一部分冷却油从内冷却通道经由位于底部3的上方顶板部25上的开孔35而再次流回到曲轴箱中。一少部分冷却油流经弯折部28和活塞顶4的底面之间的缝隙36并经由伸展衬套26的第一开孔27而进入到冷却腔室33中，这部分冷却油从该冷却腔室经由流出通道再次流回到曲轴箱中，该流出通道包含在螺栓31的外螺纹32中并平行于活塞轴12设置，图1中示出了这些流出通道中的一条流出通道37。这样就实现了活塞1的高热载荷的顶部2的非常良好的冷却效果。
在活塞1的顶部2和底部3的装配过程中，首先使设置在活塞顶4的底面上的螺栓31穿过伸展衬套26的第一开孔27，该第一开孔形成在第二开孔43之上而位于活塞底部3的上方顶板部25中。在活塞1装配的其它过程中，活塞1的顶部2和底部3同轴地相互对准，由此实现了，支承腹板20的横截面具有径向向内且轴向指向活塞顶4的方向的阶梯式结构，而且活塞环壁6的底部正端面在内侧具有圆柱形凹槽38，该凹槽的内部形状对应于支承腹板20的外部形状，从而在活塞1的顶部2和底部3的装配过程中，支承腹板20导入到凹槽38中，并由此使顶部2和底部3同轴对准。
然后，在此基础上，使螺母29的冲压衬套30推进穿过螺栓31的外螺纹32，直到螺母29的内螺纹与螺栓31的外螺纹32形成连接为止。螺母29正是这样拧在外螺纹32上的，即，直到冲压衬套30的正端面抵靠在伸展衬套26的弯折部28上为止。
那么在采用确定扭矩的情况下，螺母29的其它固定螺丝促使，弹性凹陷的上方顶板部25盘式弹簧形式地在活塞顶4的方向上产生变形；形成薄壁的伸展衬套26的轴向伸展；同样形成薄壁的冲压衬套30轴向压紧；螺栓31的中间部分以减小的径向直径进行伸展；以及还促使活塞顶4的由活塞顶凹坑5限定的部分盘式弹簧形式地在活塞裙方向上产生变形。活塞构件25、26、30、31和4的弹性变形实现了螺母29和螺栓31之间螺合连接的非常平滑的曲线，该螺合连接的曲线不依赖于活塞1所受到的温度影响和机械影响而提供一个较高的强度。
在发动机工作条件下存在这样的危险，即，特别是在进气行程中于伸展衬套26上产生箭头40方向上的作用力，该作用力是超过伸展衬套材料的屈服极限而产生的力，该作用力导致材料剩余纵向伸展以及由此导致活塞1的顶部2和底部3之间的螺合连接松弛。因此由本发明可知，伸展衬套材料的屈服极限可以这样得到提高，即，使伸展衬套在冷状态下承受受控的拉应力，其中，该拉应力在轴向方向上产生剩余伸展，该剩余伸展大约为伸展衬套长度的1％，同时使伸展衬套的可延展性并不因此受到破坏。
为了在伸展衬套26上产生预设的拉应力，根据图2可以采用这样的螺栓41，使该螺栓的外直径略小于位于弯折部28中的第一开孔27的内直径，该弯折部在活塞顶一侧限定住伸展衬套26，由此使螺栓41可以顺利地穿过第一开孔27和第二开孔43。在底端上，将具有圆柱形外表面的螺母42拧到螺栓41上，该螺母的外直径略小于伸展衬套26的内直径，但是略大于第一开孔27的内直径，从而使螺栓41连同拧在其上面的螺母42能够穿过第二开孔43和伸展衬套26的内部腔室，直到螺母42的顶部正端面抵靠在弯折部28的底面上为止。
接下来，在此基础上，于螺栓41上施加在箭头40方向上的拉力，螺栓经由抵靠在弯折部28上的螺母42而在伸展衬套26上产生一个受控的拉应力，从而使伸展衬套26在轴向方向上伸展大约1％的自身长度。在此，使活塞1固定在图2中未示出的装配装置上。
由此实现了，活塞材料的屈服极限在伸展衬套26的区域上是这样得到提高的，即，在伸展衬套26的拉应力作用下，于发动机工作状态下，不会再产生伸展衬套材料塑性化危险，并且由此也不会再产生预应力损失亦或是活塞顶部2和活塞底部3之间的螺合连接的松弛。
为了提高伸展衬套26的材料的屈服极限，还可以使伸展衬套26借助于一个图中未示出的装配装置受到一个校准压力的作用，该校准压力对伸展衬套26在轴向方向上以大约1％的其自身长度进行冲压。
同样也可以使冲压衬套30的材料的屈服极限得到提高，其中对冲压衬套30施加一个校准压力，该校准压力对冲压衬套30以大约1％的其自身长度进行冲压。

Claims (7)

1.一种用于内燃机的两件式活塞(1)，其包括
-顶部(2)，所述顶部构成活塞顶(4)，并且在所述顶部远离所述活塞顶(4)的底面上形成圆柱形螺栓(31)，所述螺栓与活塞轴(12)同轴设置，所述螺栓具有外螺纹(32)；
-底部(3)，所述底部由顶板部(25)构成，在所述底部的底面上设置有具有销孔(10、10′)的销毂(9、9′)以及使所述销毂(9、9′)相互连接的活塞裙部件(13、13′)；
-其中，所述顶板部(25)具有与所述活塞轴(12)同轴设置的第二开孔(43)，在所述第二开孔的边缘形成有指向上方、沿轴向方向可弹性伸展的伸展衬套(26)，所述伸展衬套在其位于活塞顶一侧的端部上具有第一开孔(27)，其中，所述螺栓(31)插入到所述第一和第二开孔(27、43)中；
-其中，所述第一开孔(27)设有指向径向内侧的弯折部(28)，所述弯折部的内半径大于所述螺栓(31)的外半径；以及
-其中，所述顶部(2)和底部(3)通过拧在所述螺栓(31)的外螺纹(32)上的螺母(29)而相互连接，所述螺母在活塞顶一侧抵靠在所述弯折部(28)上；
其特征在于，
构成所述伸展衬套(26)的材料的屈服极限高于其它活塞材料的屈服极限。
2.根据权利要求1所述的活塞(1)，其特征在于，为了提高屈服极限使所述伸展衬套(26)从已经制成的活塞底部(3)起在轴向方向上产生0.5％至5％的自身长度的塑性变形。
3.根据权利要求1或2所述的活塞(1)，其特征在于，为了提高屈服极限使所述伸展衬套(26)从已经制成的活塞底部(3)起在轴向方向上产生1％的自身长度的塑性变形。
4.根据权利要求2或3所述的活塞(1)，其特征在于，为了提高屈服极限使所述伸展衬套(26)从已经制成的活塞底部(3)起在轴向方向上伸展。
5.根据权利要求2或3所述的活塞(1)，其特征在于，为了提高屈服极限使所述伸展衬套(26)从已经制成的活塞底部(3)起在轴向方向上进行冲压。
6.根据权利要求1所述的活塞(1)，其特征在于，所述螺母(29)在活塞顶一侧具有与所述活塞轴(12)同轴设置的、在轴向方向上具有弹性的冲压衬套(30)，所述冲压衬套在完成装配的活塞(1)上在活塞顶一侧抵靠在所述弯折部(28)上，并且所述冲压衬套的材料的屈服极限高于所述螺母(29)其余材料的屈服极限。
7.根据权利要求6所述的活塞(1)，其特征在于，为了提高屈服极限使所述冲压衬套(30)在轴向方向上以大约1％的自身长度进行冲压。
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