CN105452639A - 内燃机活塞 - Google Patents

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Abstract

内燃机活塞(10)，所述活塞(10)具有不连续的、圆柱形的支撑表面(18,24)，用于支撑活塞销，其中，在至少两个支撑表面(18,24)之间设置有凹部(26)，所述凹部(26)具有至少为两个相对的支撑表面之间的距离的一半的10％的径向深度。

Description

内燃机活塞
技术领域
本发明涉及一种内燃机活塞。
在内燃机中，活塞在燃料混合物点火后会进行相应地平移运动，并且通过活塞销和连杆将动能传递给机轴。为了满足实现这些的要求，活塞在靠近燃烧室的区域具有活塞环区。为了容置活塞销，设置有销毂，并且在垂直于销毂的平面上通常设有轴壁，该轴壁作为侧面支撑部。前面提到的功能区域，即活塞环区、销毂以及轴壁，通常通过所谓的连接壁或侧壁而连接起来，所述连接壁或侧壁在轴壁之间延伸，分别容置销毂，并且还起到支撑活塞环区的作用。
在该技术领域中，一直期望减小压缩高度，即活塞环区朝向燃烧室的端部和活塞销的中部之间的距离，这是因为这样一来就可减小重量。然而，这是与满足活塞的刚度需求的目标相抵触的。
背景技术
现有技术中已知很多种活塞结构，这些活塞结构通过采取多种措施试图来保持较低的压缩高度和重量。例如，根据DE102009032861A1的活塞，是通过在连接壁上设置大型“窗体”的手段来实现的。
发明内容
本发明的目的是设计出一种用于内燃机的活塞，其进一步改善了压缩高度和/或重量，同时对于活塞必须满足的强度要求也有所改善。
该目的通过权利要求1所述的活塞来实现。
因此，与通常为圆柱形的销毂不同的是，该活塞具有大体上对应于气缸内表面的区段的不连续的支撑表面。在至少两个这种支撑表面之间设置有凹部，所述凹部具有至少为两个相对的支撑表面之间的距离的一半的10％的(径向)深度。两个相对的支撑表面之间的距离的一半实质上指的是待容置的通常为圆柱形的活塞销的半径，因此在活塞销的径向方向上测得的凹部的深度大小为正常的活塞销尺寸所具有的毫米量级。换言之，这会在先前设置有销毂的区段处产生清楚且大型的窗体。尤其是，如果活塞销的上部区域(即靠近活塞环区的区域)以及与活塞环区相对的下部区域在活塞轴线的方向上受到了支撑，那么足以完成初始计算。某种程度上，所述的“窗体”可形成在后者的侧面，尤其是位于下半部分上，可大幅地降低重量。根据本发明的活塞的应力幅值通过有限元来确定，并且与之前的普通活塞设计进行比较。此处清楚的是，盆形燃烧室在销平面内的边缘上的应力幅值减小近20％，并且盆形燃烧室在垂直于后者的平面内的边缘上以及盆形燃烧室在销平面内的底部上也减小了5％到10％的量级大小。
此外，可形成用于环部的固定凹槽，以将活塞销仅固定到所描述的支撑表面的区域内，并且已证明通过这种方式可保证对活塞有足够的固定。
关于根据本发明的活塞，应当指出的是，后者还可设置有散热通道，并且在这种情况下，铸造是优选的生产方法。另外还应指出的是，在以适当的铸造工具进行生产时，所描述的结构，即支柱、肋部和/或环部，例如可通过适当的脱模斜坡来成形，以便保证脱模。然而，通过锻造来生产也是可能的，在这种情况下，钢是优选的材料。然而，不考虑生产方法的话，铝或铝合金也可作为根据本发明的活塞的材料。轴壁在与活塞环区连接的区域中可比它们在正常的“下部”区域中更宽。然而，在某些应用中，轴壁也可颠倒过来设计，即，它们在正常的延伸部中可比它们在与活塞环区的连接区域中更宽。尤其是，轴壁的尺寸可根据待转移的横向力进行调节。
关于根据本发明的凹部的深度，应当指出的是，其可高达活塞销半径的50％。通常，根据本发明的活塞基于这样的基本思路，即在不设置先前常规的侧壁的情况下产生力通量和所需的刚度，并且因此减小重量并降低压缩高度。优选地，根据本发明的活塞结合了圆柱形的活塞销。
在其他的权利要求中描述了根据本发明的活塞优选的其他方面。
对于靠近活塞环区设置的支撑表面而言，如果其在活塞销的周向方向上比对面的支撑表面覆盖更大的角度则是优选的，该更大的角度尤其是120°到180°，优选地为150°到170°，该对面的支撑表面一般仅为大致40°到90°，优选地为大致60°。
此外，对于靠近活塞环区设置的支撑表面而言，如果其在活塞轴线的方向上进行扩展则是优选的，以便仅允许连接杆及其移动具有最小的游隙。
关于进一步减小重量，如果根据本发明的凹部由位于另一侧的支柱而限定到位于待容置的活塞销的对面的一侧上，这将是有益的，支柱所在的另一侧即为朝向轴壁的一侧，那里也有凹部。换言之，先前的通常的侧壁由两个典型地对称的支柱所代替，所述支柱在两侧上均具有大量的凹部，因此其不再是先前正常的侧壁了，并且后者的重量可以减少。在初始计算中，能够得出通过所描述的支柱，仍然能够保证所需要的刚度。
关于支柱的结构，已经证明使后者在与活塞环区隔开的区域中比在靠近活塞环区的区域中更窄是有益的。
此外，如果支柱朝向活塞环区会聚的话，那么对于刚度而言则是有益的。换言之，从活塞销轴线的方向上看，通常位于两侧的两个支柱在朝向活塞环区方向上朝向彼此倾斜。这样一来可以保证活塞环区在内部可以得到尤其好的支撑，在内部限定出燃烧室，尤其是可以形成盆形燃烧室。
还设置有开篇时所描述的功能区域，关于这些功能区域的连接部分，当前优选地设置了椭圆的环部，其形成在活塞上与活塞环区相对的一端，并且将轴壁、位于与环形场间隔开的位置处的支撑表面，以及所描述的支柱(视情况)彼此连接。此处，所述环部优选地制成尽可能地窄，尤其是椭圆形的，因为这样一来可进一步减小重量，并且还可保证连杆和其移动所需的最小的游隙。
为了保证支柱的刚度，此时如果后者在与活塞环区和/或与环部的交叉部分处具有加强肋，则是优选的。此外，通过这些肋部，所述交叉部分处的应力也会减小。
附图说明
下面将对本发明的一个实施例(其显示为附图中的例子)进行更为详细地描述。其中：
图1显示了根据本发明的活塞的视图，其为从活塞销轴线的方向上看的视图；
图2显示了在垂直于活塞销轴线的方向上看的侧视图；以及
图3是根据本发明的活塞的仰视图。
具体实施方式
如从图1中可以看到的那样，根据本发明的活塞10在指向燃烧室的区域中，其在图1中为位于顶部的区域，具有活塞环区12，并且为了进行侧向支撑，其具有轴壁14，其可从图2中更好地看到。在所显示的示例性实施例中，轴壁14仅通过设置在活塞的下部区域中的环部而彼此连接，并且其还承载有用于活塞销(未显示)的第一支撑表面18。传统上设置在轴壁14之间的连接壁没有出现。实际上，通过分别位于轴壁14之间的第一凹部20以及彼此呈一定角度朝向活塞环区12的支柱22，活塞可大幅地减小重量。
在所显示的实施例中，活塞销(未显示)的支撑部通过第一支撑表面18而设置在下部区域中，在所显示的实施例中，第一支撑表面18仅覆盖了大致60°的角度。在对面，即靠近活塞环区处，设置有第二支撑表面24，在所显示的实施例中，第二支撑表面覆盖了更大的角度，例如大致170°。在这两个支撑表面之间，设置有另外的凹部26，在所显示的实施例中，该另外的凹部26具有为活塞销半径的大致40％的深度(从活塞销的径向方向上测量)。凹部26的大型化设计还通过支撑表面18和24得到证实，支撑表面18和24通过边缘或扭折分别从凹部26处偏离。通过这种方式，可以额外地大幅减少重量，并且通过支撑表面18、24，仍然可以保证对活塞销必要的支撑和“扣紧”。这可通过轴壁14和活塞环区12的支撑部以及优选地形成在活塞环区12中的盆形燃烧室28(见图2)以同样的方式应用到横向支撑部上。所描述的功能区域有利地由设置在下部边缘上的环部16来连接。在图1中，还可见到肋部30，其在支柱22和活塞环区12之间的交叉部分上产生了额外的支撑，并且防止出现压力峰值。
在图2中可以看到，根据本发明的活塞可具有散热通道32，并且可以看到用于固定环部的固定凹槽34可分别设置在支撑表面18、24的区域内。从图2且尤其从图3中可特别好地看到，下部环16大部分为椭圆形，并且其被固定在尽可能靠近在安装状态下的连杆所在的区域周围。参照图2，支柱22在下部区域(即大体上位于活塞销轴线的下方)可以比图2所显示的更窄。在图2中，还可以看到支柱22在活塞销轴线的方向上具有明显的扩展部分，并且加强肋30设置在位于相对靠近活塞轴线的区域中。对于轴壁14而言，从图2中可以看到，它们在与活塞环区12的连接区域中比在它们的下部区域中更宽。然而，在某些应用中，这种结构可以颠倒过来，或者宽度可以保持一致。
在图3中又显示了已描述为椭圆形的环部。这种椭圆形的形状尤其可在环的内侧看到。在活塞销轴线附件的大部分区域内，该环部具有保持一致的壁厚。然而，该壁厚在外部区域中更大，该环部在外部区域中逐渐变为轴壁14。在图3中，可以看到邻近活塞环区12的支撑表面24在活塞销轴线的方向(根据图3，该方向垂直于图所在的平面)上进行扩展，尤其是在顶部区域、即位于最靠近活塞环区12的区域中。通过这种方式，可保证待安置的连杆有最小的游隙。

Claims (8)

1.内燃机活塞(10)，所述活塞(10)具有不连续的、圆柱形的支撑表面(18,24)，用于支撑活塞销，其中，在至少两个支撑表面(18,24)之间设置有凹部(26)，所述凹部(26)具有至少为两个相对的支撑表面之间的距离的一半的10％的径向深度。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，靠近活塞环区(12)设置的支撑表面(24)在所述活塞销的周向方向上比对面的支撑表面(18)覆盖更大的角度，所述角度尤其为120°至180°，优选地为150°至170°，所述对面的支撑表面(18)优选地具有大致40°至90°、尤其为大致60°的角度。
3.根据权利要求1或2所述的活塞，其特征在于，所述靠近活塞环区(12)设置的支撑表面(24)在活塞轴线的方向上进行扩展。
4.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，位于待容置的活塞销的对面的一侧的凹部(26)分别由支柱(22)界定出，并且在与所述凹部(26)相反的所述支柱(22)的一侧分别形成另一个凹部(20)。
5.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，至少一个支柱(22)在与所述活塞环区(12)隔开的区域中比在靠近所述活塞环区(12)的区域中更窄。
6.根据权利要求4或5所述的活塞，其特征在于，所述支柱(22)朝向所述活塞环区(12)会聚。
7.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述活塞在与活塞环区(12)相对的一端具有优选地为椭圆形的环部(16)，所述环部(16)将轴壁(14)、与所述活塞环区(12)隔开的支撑表面(18)以及视情况而定的支柱(22)彼此连接。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的活塞，其特征在于，至少一个支柱(22)在与所述活塞环区和/或与所述环部(16)的交叉部分处具有至少一个加强肋(30)。
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