CN103403331B - 高温活塞 - Google Patents

Abstract

在用于燃烧发动机的活塞（1）中包含活塞冠（2），活塞裙（3），和用于接收活塞销（5）的部分（4A、4B；13），借助活塞销活塞被枢转支撑在连杆上，由此覆盖活塞冠的底部侧的主要部分的保护件（7）被支撑在活塞销上。保护件被配装成与活塞裙的第一内部分密封接合，从而形成相对于活塞冠的主要部分的不间断间隙，并且保护件的至少一部分被设置在活塞裙的第二外部分内侧的一定距离处。

Description

高温活塞

技术领域

本发明总体涉及用于燃烧发动机的活塞，并且更具体地涉及适合于在高温下工作的这种活塞。

背景技术

燃烧发动机的燃烧室和活塞的设计在一个方面主要着眼于减少在实际气缸和在其内移动的带有相关联的活塞环、油环和活塞销的活塞上的载荷。这通常通过使用不同的冷却布置来有效地从这些零件带走热量并由此降低它们中的工作温度来实现。它们的目的是减少在这些零件上的实际温度载荷并且还减少由于不同的相对移动、协作的零件的不同的热膨胀程度引起的问题，即主要是活塞/活塞环与气缸缸膛之间。

在部分不同的方面，已经做出努力来构造燃烧发动机燃烧室和活塞，使得燃烧做功可以在没有负面后果地在非常高的温度下被执行。其目的就是通过减少热损失来增加发动机效率并改善燃烧并由此降低燃料消耗并且在某种程度上获得污染物的减少。这种升高的温度可能，作为热膨胀现象的后果，引起对实际的活塞和它们的活塞环的损坏，活塞环通常是气体密封环和刮油环。为了努力避免这些问题，例如，已经建议了在这种连接中提供拼合活塞构造，在暴露给最高温度的活塞冠部和支撑活塞环的活塞裙之间有绝热间隙。借助活塞部分和提供在其内的特殊密封件之间的间隙，可以消除或至少减轻在活塞冠部和其裙部之间的不同热膨胀的效果。通常，不同的材料也被用于这些零件，使得，例如活塞冠部由钢制造而活塞裙由铝合金制造。

发明内容

本发明的总体目的因此是提供一种燃烧发动机活塞，其消除了或至少减少了上述讨论的问题。

本发明的更多具体目的是提供燃烧发动机的改善的活塞，其适合于高工作温度。

本发明的另一具体目的是提供对燃烧发动机的活塞的保护，这防止活塞表面和油通道的结焦。

这些和其它的目的通过由后附权利要求定义的本发明来实现。

本发明总体涉及燃烧发动机的活塞，具有活塞冠、活塞裙和用于容纳将活塞轴颈连接到连杆中的活塞销的部分。为了获得在活塞的底部侧并且尤其是在用于冷却活塞环的油通道处的最优条件，本发明的基本思想是采用支撑在活塞销上的并且覆盖活塞冠的底部侧的主要部分的保护件。保护件密封地接合内活塞裙部分。在组装状态中，其形成朝向活塞冠的间隙并且其至少部分地被布置在外活塞裙部分内侧。这使得可以避免油燃烧到活塞上的问题和因此避免油通道的结焦和堵塞的问题。

在本发明的另一方面，给燃烧发动机活塞提供了合适的保护。这种保护是一种防护罩，其具有彼此一体形成的穹顶形顶部、圆柱形侧壁和边沿并且具有活塞销轴颈，该轴颈部分一体形成在侧壁中并且由在侧壁中彼此直径相对地形成的孔组成。借助于这种构造，以非常成本有效方式获得了对这种活塞的非常有利的并且有效的结焦保护。

对本发明和其实施例的进一步开发在从属权利要求中陈述。

在阅读下面对本发明实施例的具体描述后将容易地理解本发明的其他优点。

附图说明

参照下面的描述并结合附图来理解能够最佳地理解本发明及其其它目的和优点，附图中：

图1是根据本发明的活塞的实施例的分解图；

图2是如图1中示出的，通过本发明的活塞的，沿着图3标注的第一平面A-A的纵向截面；

图3是根据如图1所示的本发明的活塞的实施例的样式平面图；

图4是通过图1中所示的活塞，沿着图3中标注的、与图2垂直的平面B-B的纵向截面，并且移除了活塞裙和活塞销；

图5是在根据本发明的活塞中提供的保护件的透视图；以及

图6是图5的保护件的一个侧面的平面图。

具体实施方式

现在将参照本发明的示例性实施例来解释本发明的原理，该实施例被图示在附图中。在附图中图示的本发明的实施例是将本发明的基本原理应用到已知类型的燃烧发动机的活塞的示例。不过，应该强调的是，图示的实施例仅用于说明目前优选的根据本发明的活塞的构造而给出，并不是意在将本发明限制到在附图中图示的细节。

如上提及的，附图图示了一种类型的两部分活塞1，其中活塞冠2和活塞裙3由单独的部分构成。活塞冠2和活塞裙3两者都具有轴颈部分4A、4B以用于被枢转地支撑在活塞销5上，活塞销5在附图中仅被示意地示出并且进而被枢转地连接到连杆6，连杆6仅在图2示出。这种活塞尤其适合于在具有更高工作温度的发动机中被使用。这部分是由于以下事实：其能将不同的具体适合的材料使用在

经受最高温度的活塞冠2和携带活塞环9的活塞裙3中。在这些不同部分之间的间隙17进一步做出贡献，该间隙由合适的密封件15密封。在一个示例中，不同的材料可由活塞冠中的钢和活塞裙3中的铝构成。密封的间隙17进而实现了在经受最高温度的活塞冠2中的热膨胀不会被传输到活塞裙3。这对于避免活塞环9过载来说是重要的。通过在间隙17中吸收活塞冠2的温度运动，可以防止密封地接合未示出的发动机的气缸壁的活塞环9卡在或粘在该气缸壁上。

活塞裙3具体大体上圆柱形形状，其被形成为具有第一内部分3A和第二外部分3B，第二外部分3B被提供在第一内部分外侧的一定距离处，所述各部分被在直径相对的连接区域3D、3E中被连接在一起（见图3）。这些连接区域3D、3E可在活塞裙3的圆周的有限部分上和活塞裙3的高度的有限部分上或在其整个高度上延伸。活塞销5的轴颈部分4B延伸通过这些连接区域3D、3E，轴颈部分4B被形成为通过活塞裙3的连接区域3D、3E的彼此直径相对地被提供的孔。换句话说，向下开口并远离活塞冠2的环形凹部3C被形成在活塞裙3的第一内部分3A和第二外部分3B之间。环形凹部3C围绕着活塞裙3的整个圆周延伸，除了在连接区域3D、3E处。在其上端，环形凹部3C与数个单独的油通道8连通以提供油给在活塞环9中的至少一个（未被具体指示）油润滑油环。

活塞冠2具有大体的盘形形状，其带有优选地部分弯曲的底部侧2A并带有向下地从盘形形状延伸的支撑部分2B、2C，它们被彼此直径相对地提供（见图1和4）。在支撑部分2B、2C中形成有活塞销5的轴颈部分4A，轴颈部分4A在本示例中也被形成为在其中的孔，这些孔被彼此直径相对地提供。

根据本发明的活塞1还设有保护件或保卫件7，其支撑在活塞销5上并至少覆盖活塞冠2的下侧或底部侧3A的主要部分。保护件7的目的是保护活塞1，并且更具体地说是活塞冠2的底部侧2A避免结焦，即油在那里燃烧。这种结焦甚至可能导致油通道的堵塞，使得油不能到达其应该实现其目的的地方。在最坏的情况中，这种堵塞可导致发动机卡住或粘住。保护件或保卫件7由大体杯形或帽形的防护罩组成，该罩具有上穹顶形顶部10，其曲率优选适合于活塞冠2的底部侧2A的曲率。而且，保护件7具有基本上圆柱形侧壁11和环形、向下开口的边沿12。保护件7的所有所述部分优选地彼此一体形成。侧壁11设有用于活塞销5的轴颈部分13，所述轴颈部分是侧壁11的一体部分并且在这种情况下也基本上由侧壁11中的孔13A、13B形成，这些孔被彼此直径相对地形成。

保护件7由具有有限的导热性的材料形成，并且合适地由优选包含碳纤维的纤维复合材形成。替换地，保护件7也可是由铝形成的单个构件。保护件7的各部分还适合于活塞冠2的形状。安装在活塞销5上，保护件因此形成相对于活塞冠2的底部侧2A的至少主要部分，即，活塞1的最热表面，形成至少基本上不间断的或者连续的间隙16。活塞冠2和保护件7的材料之间的传热可由此被避免或者至少被大大减少。尽管在保护件7和活塞冠2之间的间隙16在附图中被示出为具有一定宽度，但是显然的是，取决于应用，这个间隙16可被形成为具有比所示的更大、以及更小的宽度。更宽的间隙可例如被用于非常高的工作温度，从而有效地防止从活塞冠2到保护件7的传热。其次，更窄的间隙可在活塞中可用空间有限时被考虑。

当这种保护件被安装时，活塞1的工作温度可被升高，这提供了改善的燃烧和更低的燃料消耗。在保护件7安装就位时，发动机中的油还不必冷却活塞1的最热部分，即活塞冠2，因为保护件7覆盖了该部分。以这种方式，发动机油可在延长的操作小时中保持其品质。

保护件7通过轴颈部分13被安装在活塞销5上，在组装状态中，轴颈部分13密封连接活塞销5，使得这个及其被轴颈连接在实际活塞1中的部分被保护不受热油的影响。保护件7的部分也适合活塞裙3的形状，使得在组装状态中，其密封地接合活塞裙3的第一内部分3A。其目的是以高精度密封在活塞裙3的这个第一内部分3A上，使得热油不能进入在保护件7和活塞冠2的下或底部侧2A之间的间隙16。而且，保护件7的至少一部分，优选地是主要部分，被提供在活塞裙3的第二外部分3B内侧的合适距离处，由此辅助引导油从发动机进入环形凹部3C并接着进入油通道8以润滑活塞环9。

在图示的构造中，保护件7具体具有封闭的顶部10，其在组装状态中面对活塞冠2并且延续到大体圆柱形侧壁11的第一端11A，侧壁11在其第二端11B延续到向下开口的边沿12，边沿12背向活塞冠2的底部侧2A。与边沿12相关联地，保护件7具有基本上圆形的最大外圆周7C。紧挨着外圆周提供有接合表面7D，其斜向上地面对活塞冠2。这个接合表面7D被用于以高精度密封接合在活塞裙3的第一内部分3A的下终端边缘处的表面。在最大外圆周7C的区域中，保护件7具有外径D2，其明显小于活塞裙3的第二外部分3B的内径D1，由此实现了到达环形凹部3C和油通道8的所述畅通油连通。

在本发明的另一个、但未被具体图示的实施例中，可使用本发明的不同的公开零件的变型或改进，而不脱离本发明的范围。总之，本发明不限于图示且被描述的两部分活塞的示意设计。虽然目前可能认为本发明主要应用领域在发动机中，该发动机被期望在升高的或更高的温度下操作并且为此原因而被设计为具有分开的活塞冠和活塞裙，但是本发明在其最宽范围中还覆盖这种活塞的变型和改进，其中其它特征提供了与上面描述的相同的基本功能和优点。

尽管已经具体参照了具体用于重型车辆的四冲程发动机的应用描述和图示了本发明，但是本发明绝不限于这种具体应用。本发明的基本原理可因此被用于其它类型的发动机和其它类型的车辆。

虽然已经参照了目前被认为是最实用的且最合适的实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施例。因此本发明可被期望覆盖包括在所附权利要求的精神和范围中的各种改进和等同布置。

Claims (10)

1.一种燃烧发动机的活塞（1），包括活塞冠（2），活塞裙（3）和适合接收活塞销（5）的部分（4A，4B，13），所述活塞被期望通过活塞销枢转地支撑在连杆（6）上，其特征在于：

a），在活塞销上支撑着保护件（7），保护件（7）具有封闭的顶部（10），该顶部面对活塞冠（2）的底部侧（2A）并且延续到侧壁（11）的第一端（11A）并且覆盖活塞冠的底部侧（2A）的至少主要部分；

b）保护件被配装成与活塞裙的第一内部分（3A）密封接合以密封在活塞裙（3）的第一内部分上，使得热油不能进入不间断的间隙（16），该间隙在组装状态下相对于活塞冠的底部侧的主要部分由所述保护件形成；以及

c）保护件的至少一部分被设置在活塞裙的第二外部分（3B）内侧的一定距离处，该第二外部分被设置在活塞裙的第一内部分的外侧的一定距离处。

2.如权利要求1所述的燃烧发动机的活塞（1），其特征在于，保护件（7）具有基本上圆形的外圆周（7C），紧邻该外圆周提供接合表面（7D），该接合表面向上面对活塞冠（2）以密封接合活塞裙（3）的第一内部分（3A）。

3.如权利要求2所述的燃烧发动机的活塞（1），其特征在于：保护件（7）在其圆形最大外圆周（7C）的区域中具有外径（D2），该外径明显小于活塞裙（3）的第二外部分（3B）的内径（D1）。

4.如权利要求3所述的燃烧发动机的活塞（1），其特征在于，在活塞裙（3）的第一内部分（3A）和第二外部分（3B）之间形成有环形开口凹部（3C），其向下背向活塞冠（2）并且在其顶端与油通道（8）连通以供应油到至少一个活塞环（9）。

5.如权利要求1所述的燃烧发动机的活塞（1），其特征在于，保护件（7）具有活塞销（5）的轴颈部分（13），轴颈部分在配装状态中密封地接合活塞销，从而保护其部分不受热油的影响。

6.如权利要求1所述的燃烧发动机的活塞（1），其特征在于，保护件（7）在大体圆柱形的侧壁11的第二端（11B）处延续到开口边沿（12），边沿背向活塞冠。

7.如权利要求5所述的燃烧发动机的活塞（1），其特征在于，保护件（7）的活塞销（5）轴颈部分（13）由在侧壁（11）的直径相对部分中的孔（13A，13B）形成并且是其一体部分。

8.如权利要求1-7中任一项所述的燃烧发动机的活塞（1），其特征在于，保护件（7）由具有有限传热能力的材料构成。

9.一种用于权利要求1-8中任一项所述的燃烧发动机的活塞（1）的保护件（7），其特征在于，其由大体杯形防护罩构成，该防护罩具有彼此一体形成的封闭的顶部（10），基本上圆柱形侧壁（11）和环形边沿（12）并具有用于活塞销（5）的轴颈部分（13），由此轴颈部分与侧壁一体形成并由彼此直径相对地形成在侧壁中的孔（13A，13B）组成。

10.如权利要求9所述的保护件（7），其特征在于，其由纤维复合材料形成，该复合材料包含碳纤维。