CN104870794A - 用于内燃机的活塞 - Google Patents

Abstract

用于内燃机的活塞具有大体为圆形的顶部(2)，从该顶部(2)的外部边缘凸出侧部(3)，该侧部(3)包含至少一个第一段(3’)，第一段(3’)置于活塞承受较大径向压力(TS)的一部分，和至少一个第二段(3”)，该第二段(3”)位于活塞承受较小径向压力(ATS)的另一部分，活塞还进一步包括大体为圆柱形的部分，该部分限定出大体平行的径向孔(4)，并且位于相对于头部(2)的较低部分用于放置活塞/杆的销，和至少两个第一结构墙(5’)，该第一结构墙(5’)连接侧部的第一段(3’)和限定径向孔(4)的部分，和至少两个第二结构墙(5”)，该第二结构墙(5”)连接侧部第二段(3”)和限定径向孔(4)的部分，其中第一结构墙(5’)大体上沿着限定径向孔(4)的大体为圆柱形的部分发散，第二结构墙(5”)大体上沿着限定径向孔(4)的大体为圆柱形的部分聚拢。

Description

用于内燃机的活塞

本发明涉及用于内燃机的活塞，该活塞尤其设计用于奥托或狄赛尔系列运行的内燃机，该活塞建设性的几何构造提供诸如强度增加、重量减少及摩擦减小等益处，因此优化与其配套的内燃机的运行。

技术领域

本发明涉及用于内燃机的活塞，该活塞建设性的几何构造提供诸如强度增加、重量减少及摩擦减小等益处，因此优化与其配套的内燃机的运行。

背景技术

用于内燃机，例如根据奥托或狄赛尔系列运行的发动机使用的内燃机的活塞通常为圆柱形，具有限定燃烧室，汽缸盖和发动机组的上部或头部，包括至少两个用于放置活塞环的环形空穴的圆柱形侧墙或挡板(压缩、中间物和刮油刀)，和用于放置活塞销的径向扣，该径向扣将活塞销绕枢轴地固定至杆。

在早期的发动机中，活塞几乎为完美的圆柱形；但是技术的提升和不断增高的动力需求，对低消耗和污染排放限制不断增强的约束导致此组件的形状得到相当大的改善。

因此，最新的发动机上的活塞虽然显然仍是圆柱形以和汽缸(活塞在其内部运行无数次)协作，但其几何形状与径向孔、挡板、盖、槽和其他加固元件相当不同。

本质上，设计师试图减小侧挡板的尺寸来减少重量和摩擦，然而保留该部分的结构强度的特性。近来提出许多方法，其中最有意义的将在下面稍作说明。

专利文件US 2011/0168124涉及一种活塞，该活塞的改善在于墙的特殊构造，将侧挡板的两节(位于负荷一侧，称为受压侧-TS和位于未负荷的一侧，称为未受压侧-ATS)与活塞的中部连接起来，用于放置销的孔位于该中部。根据本发明所述，连接侧挡板TS和孔的墙呈弓形，而引起侧挡板ATS连接的墙大体为直线并且彼此平行。这种构造导致位于ATS一侧的弓起的侧墙具有更好的弹性，这种更好的弹性很重要，因为该侧墙不用承受高的剪切力并且限定活塞活动的行动。

专利文件DE 10145589涉及一种用于内燃机的活塞，该活塞的创新也是在于挡板节和活塞中间区域的连接墙，用于放置活塞销的孔位于该活塞中间区域。连接墙在较低的外围边缘区域呈凸形，在环槽正下方的较高区域呈凹形或直线。具有用于放置活塞销的孔的墙的厚度可变或不变。

专利文件JP 11-036978涉及一种可有效分散负荷侧的压力的活塞。为此，负荷侧的挡板部分更厚，并且其厚度在邻近环槽的部分更厚并且逐渐递减。

专利文件JP 2008-286030涉及一种内燃机的活塞，该活塞能使挡板自由端部分不遭受径向变形的压力。为此，供有金属板形式的内墙以固定连接两个侧挡板节和用于放置销的孔的墙，因此保证该部分的结构强度。

最后，专利文件JP 2008-309118涉及一种对槽和环磨损率更低的活塞环。为此，邻近环提供有空穴以容纳添加物，该添加物用于减少这些元件的磨损。

因此，目前为止，在经过广泛的研究和模拟后，还没有活塞发展到实现由申请人提出的创新性的构造改变所引起的低磨损率、耐久性和轻便性。

发明内容

本发明的对象为完成用于内燃机的活塞，该活塞供有大体为圆形的顶部，从该顶部的外部周边凸出侧部，该侧部包含至少一个第一段(置于所述活塞承受较大径向压力的一部分)和至少一个位于所述活塞对面部分的第二段，该部分承受较小径向压力。所述活塞还进一步包括大体为圆柱形的部分，该部分在相对于所述顶部较低的部分限定出大体平行的径向孔，用于放置活塞销/杆和至少两个连接限定所述径向孔的所述侧部的第一段的结构墙和至少两个连接所述侧部的第二段和限定所述径向孔的所述部分的第二结构墙。所述第一结构墙大体上沿着限定所述径向孔的大体为圆柱形的所述部分发散，所述第二结构墙大体上沿着限定所述径向孔的大体为圆柱形的所述部分聚拢。

附图说明

本发明将基于附图示出的实现示例进一步描述更多的细节。如图所示：

图1-本发明的活塞发动机对象可能的实施方式的第一侧视图。

图2-图1示出的活塞的第二侧视图，与图1相对向后翻转90°。

图3-图1示出的位置的活塞的截面图。

图4-图2示出的位置的活塞的截面图。

图5-图1至图4示出的活塞的底面视图。

图6-图1至图5示出的活塞的底面视图。

图7-比较质量/重量的减少的图表。

具体实施方式

根据优选的实施方式及如图1所示，本发明涉及用于内燃机1的活塞，该活塞尤其设计用于根据奥托和狄赛尔系列运行的发动机。在优选的实施方式中，活塞设计用于狄赛尔发动机，如在图中示出的实施方式的情况下；但是从概念上来说，活塞也可用于奥托系列发动机，例如气体发动机或甚至其他用途，比如用于二冲程发动机或流体压缩机。

与已知的大多数活塞一样，本发明的对象活塞1供有大体为圆形的顶部2(通常称为“上”部，与空气燃料混合物接触)，自该顶部2的外部周边凸出侧部3，该侧部3包括至少两个(但是事实上为三个或四个)圆形空穴用于放置活塞环，所述活塞环分成压缩环、添加物或第二槽环和控油膜或刮油环。因为与限定本发明的活塞的保护范围不相关，圆形空穴的形状，数量和放置可自由变化。

活塞1的侧部可为连续或分段的，并且在优选的但不强制的方法中，该侧部包括至少一个第一段3’，该第一段3’置于活塞承受最大径向压力的部分，称为TS，即受压侧(由燃料空气混合物的爆炸造成，该燃料空气混合物使活塞在曲轴(未示出)方向上向绝热罩(未示出)的内表面运动，导致连接杆角度的改变，最终形成径向力不可忽视的成分)。该侧部进一步供有至少一个第二段3”，该第二段3”翻转180°置于活塞的对面区域，并且该第二段3”不承受如此大的径向压力，称为ATS(未受压侧)。

因为承受的径向力不同，侧部第一段3’的平均厚度大于侧部第二段3”的平均厚度。如果测量每一段上相对应的点，第一段3’的厚度总是大于第二段3”的厚度。

另一方面，侧部第二段3”负责操纵活塞在汽缸内的运动，尤其是压缩和排气冲程，该侧部第二段3”的宽度(拱形)大于侧部第一段3’。换句话说，侧部第一段3’的宽度小于侧部第二段3”的宽度。

在优选但不强制的方法中，每个侧部第一段和第二段3’，3”都有自由端30，所述自由端30自顶部2的对面凸出，至少侧部第一段和第二段3’，3”的厚度自顶部2向自由端30递减。

活塞1进一步包括限定大体平行放置的径向孔4的大体为圆柱形的部分，该径向孔4位于相对于顶部2较低的部分用于放置活塞销/杆，该活塞销/杆可允许杆相对于活塞做角运动。

侧墙5’，5”连接侧部第一段和第二段3’，3”和限定径向孔4的大体为圆柱形的部分，具有为活塞1提供形状结构和机械强度的基本功能。大多数现代活塞都有侧墙，但侧墙在本发明的对象活塞1中呈现的布局十分新奇和创新，有强度和轻便的特性。

其实，无论其特殊的布局，本发明的对象活塞1包括至少两个第一结构墙5’，该至少两个第一结构墙5’连接侧部3’的第一段和限定径向孔4的部分，和至少两个第二结构墙5”，该至少两个第二结构墙5”连接侧部3”的第二段和限定径向孔4的部分。

第一结构墙5’大体上沿着限定径向孔4的大体为圆柱形的部分分散，而第二结构墙5”大体上沿着限定径向孔4的大体为圆柱形的部分聚拢。墙5’，5”特别在图5和6中可见。

除了两个第一结构墙5’沿着限定径向孔4的大体为圆柱形的部分分散而第二墙5”沿着该部分聚拢外，该第一结构墙5’和第二结构墙5”在自由端30处本来并大体上为直线。墙5’的厚度沿着3’变化并增加。墙5’的外表面可相对于孔4平行或分散，而墙5’的内表面必定相对于孔4分散。墙5”的厚度不变。墙5’和5”关于上部2(顶部)聚拢。

第一和第二结构墙5’，5”的倾斜及其大体为直线并且分别聚拢/分散，导致其对于本发明的对象活塞1有比目前已知的活塞更好的结构运转状态是十分重要的。

可供选择地，活塞包括至少一个加固元件6用于增加墙5’，5”和顶部2之间的协作区域的强度。在优选的方法中供有4个加固元件(可为不同面积/尺寸)，这样可增加活塞的硬度并且帮助防止上述径向孔的外围部分在侧面发生扭曲，尤其是与活塞1配套的发动机有高变热负荷，如在设计用于狄赛尔发动机的活塞的情况下。加固元件在图1中可见。

仍然可供选择地，在邻近限定径向孔4的部分和顶部2之间的协作区域供有空穴7，该空穴有至少一个进入窗口7’。此空穴用于允许油在活塞的内部区域流动，这对减少顶部和附近地区的温度很重要。

供有空穴7，可在发动机润滑线路预备支流以在此制造油流，因此散热。

无论如何，并且甚至为可供选择的特性，空穴的形状和各个进入窗口7’的形状和数量可自由变化。

最后，本发明的对象活塞1的另一个选择但不是其限制性的特性是在顶部2供有空穴20，该空穴20在活塞置于汽缸内时限定发动机燃烧室。

因为以上特性，当前活塞1相比目前存在的活塞具有许多益处，比如强度增加(因为优化的几何构造，尤其是关于第一和第二结构墙5’，5”)，质量减少(因为尺寸减小和活塞1各部分的厚度)，和摩擦力减小。

本发明经由其改良过的几何构造，允许经由优化传统的几何构造所不允许的厚度以更多的减少质量，其几何构造的改良通过限定改变区域的制作过程或承诺来达到。本发明可达到减少12﹪以上的质量而不损害其应用能力。

显而易见，活塞1可由任何必要或可取的金属或非金属材料制成。

在描述完一个优选实施方式的例子后，需理解本发明的范围包含其他可能的实施方式并且仅受所附权利要求内容的限制，所附权利要求内容包括其可能的对等物。

Claims (7)

1.用于内燃机的活塞，包括：大体为圆形的顶部(2)，从该顶部(2)的外部边缘凸出侧部(3)，该侧部(3)包含至少一个第一段(3’)，该第一段(3’)置于所述活塞承受较大径向压力(TS)的一部分，和至少一个第二段(3”)，该第二段(3”)位于所述活塞承受较小径向压力(ATS)的另一部分，所述活塞还进一步包括大体为圆柱形的部分，该部分限定出大体平行的径向孔(4)，并且位于相对于所述头部(2)的较低部分用于放置活塞/杆的销和至少两个第一结构墙(5’)，该第一结构墙(5’)连接侧部的所述第一段(3’)和限定所述径向孔(4)的部分，和至少两个第二结构墙(5”)，该第二结构墙(5”)连接侧部所述第二段(3”)和限定所述径向孔(4)的部分，所述活塞特征在于：

所述第一结构墙(5’)大体上沿着限定所述径向孔(4)的所述大体为圆柱形的部分发散；

所述第二结构墙(5”)大体上沿着限定所述径向孔(4)的所述大体为圆柱形的部分聚拢。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，

每个所述侧部第一和第二段(3’，3”)都有自由端(30)，该自由端(30)在所述顶部的对面凸出，所述至少一个侧部第一和第二段(3’，3”)的厚度由所述顶部(2)沿着所述自由端(30)降低。

3.根据权利要求1或2所述的活塞，其特征在于，

所述侧部第一段(3’)的平均厚度大于所述侧部第二段(3”)的平均厚度。

4.根据权利要求1，2或3所述的活塞，其特征在于，

所述侧部第一段(3’)的宽度低于所述侧部第二段(3”)的宽度。

5.根据前述权利要求中一项所述的活塞，其特征在于，

所述活塞包括至少一个用于增加所述墙(5’，5”)和所述顶部(2)之间的协作区域的强度的加固元件(6)。

6.根据前述权利要求中一项所述的活塞，其特征在于，

所述活塞在邻近限定所述径向孔(4)的部分和所述顶部(2)之间的所述协作区域包括至少一个空穴(7)，所述空穴(7)有至少一个进入窗口(7’)。

7.根据前述权利要求中一项所述的活塞，其特征在于，

所述活塞在所述顶部(2)包括至少一个空穴(20)，该空穴(20)在所述活塞置于所述汽缸内时限定出所述发动机燃烧室。