CN109386397B - 内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机(1)，带有至少一个具有气缸工作面(2)的气缸(3)且带有在所述气缸中实施冲程运动的活塞(4)。活塞(4)具有带有容纳刮油环(12)的环区(10)的活塞头(5)和带有活塞工作面(7)的活塞裙部(6)。根据本发明设置成，在活塞裙部(6)的面向刮油环(12)的端部区段中在周向上延伸的至少单侧敞开的油收集通道(13)如此布置在刮油环(12)之下，即使得在活塞(4)的下行冲程时借助于刮油环(12)从气缸工作面(2)刮除的油在油收集通道(13)中收集。排走孔(20)在油收集通道(13)和活塞工作面(7)之间延伸。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机,带有至少一个具有气缸工作面(Zylinderlauffläche)的气缸且带有在气缸中实施冲程运动的活塞，该活塞包括带有刮油环的环区(Ringpartie)和带有活塞工作面的活塞裙部。

背景技术

在提到的类型的内燃机的情形中，在活塞之下的气缸工作面的自由区域利用来自曲轴箱和活塞冷却的油润湿。油在活塞的下行冲程中供活塞裙部使用，从而活塞主要在流体动力的摩擦状态中运行。在此油通过刮油环的刮除效果直接地在刮油环之下在活塞裙部的上面的区域中收集。但是证实为有问题的是，油在上行冲程开始时从该区域移除。虽然活塞由于在整个的上行冲程中的相对小的负荷在流体动力的摩擦状态中运行。但是由于在膨胀阶段(即在大约从ZOT(点火-上-死点)直到在ZOT之后的大约90°的曲轴角度之前不久)中的较高的负荷，混合摩擦因为在气缸工作面和活塞裙部的工作面之间的存在的润滑不足而增大。

为了减少工作面之间的摩擦已经考虑了增大活塞的冷间隙(Kaltspiel)。但是由此提高了相对于气缸壁的活塞歪斜(Kolbenkippung)和撞击脉冲。由此减少了刮油环的效果且声响恶化。

文件DE 35 06 399 A1公开了一种活塞，在该活塞中布置在与受压侧相关联的工作面之上的润滑凹槽经由孔与布置在活塞的环区的区域中的冷却通道连接。润滑凹槽大约在活塞的下行冲程的后半段中被供应了来自冷却通道的润滑油。但是润滑凹槽引起了在下行冲程时不能够构建流体动力的油膜，因为油从相对大的开口立即排走且不能够构建油压力。活塞在润滑油膜上的流体动力的悬浮(如鉴于存在的最大的摩擦力所期望的那样)不能够发生。

由文件DE 10 2011 012 685 A1同样已知一种活塞，在该活塞中布置在活塞的环区的区域中的冷却通道经由孔与布置在活塞裙部的工作面的下面的区域中的相对大的润滑凹穴(Schmiertasche)连接。

在文件DE 10 2011 119 525 A1中描述了一种活塞，在该活塞中滴落油从布置在环区的区域中的冷却通道经由沟槽在活塞裙部的工作面的方向上导引。

发明内容

本发明的任务在于，如此实施提到的类型的内燃机，即优化活塞在工作面的区域中的润滑。

该任务利用根据本发明的内燃机得到解决。

因此根据本发明设置有内燃机，带有至少一个具有气缸工作面的气缸且带有在气缸中实施冲程运动的活塞，该活塞包括带有刮油环的环区和带有活塞工作面的活塞裙部，其中在活塞裙部的面向刮油环的端部区段中在周向上延伸的单侧敞开的油收集通道如此布置在刮油环之下，即使得在活塞的下行冲程时借助于刮油环从气缸工作面刮除的油在油收集通道中收集，且其中设置有至少一个以油收集通道为出发点且通入到活塞工作面中的排走孔。通过构造为油储存器的油收集通道直接地布置在刮油环之下保证了，在活塞的冲程运动的每个阶段、尤其在上行冲程期间足够的油存储在油收集通道中。在活塞的下行冲程期间从气缸工作面刮除的且在油收集通道中捕获的油在活塞的整个的随后的上行冲程期间连续地经由排走孔排走且润湿活塞工作面和气缸工作面。在ZOT之前的90°曲轴角度和ZOT之间排走的油在膨胀阶段的上半段中(即在ZOT和ZOT之后的90°曲轴角度之间)供活塞裙部或者活塞工作面和气缸工作面使用，以为了防止润滑不足和由此产生的在气缸工作面和活塞工作面之间的混合摩擦。通过本发明能够提供活塞裙部的或者气缸和活塞的工作面的优化的润滑供使用，因为油在正确的时间点在正确的位置处以正确的配量被输送。

在此排走孔构造为如此倾斜的，即使得活塞中轴线和排走孔包夹锐角。该锐角以有利的方式在活塞中轴线和排走孔的中轴线之间或在活塞中轴线和活塞的限制排走孔的壁面的至少一个部分区域或者部分区段之间延伸。优选地，所述部分区域或者部分区段为排走孔的背离活塞顶(Kolbenboden)的壁面，油能够沿着该壁面从油收集通道在活塞工作面的方向上流动。

在此证实为特别有利的是，油收集通道在垂直于销轴线展开的且伸延通过活塞中轴线的平面的两侧对称地延伸。在此油收集通道能够要么在活塞裙部的部分周缘上延伸要么整个周缘地包围活塞。优选地，油收集通道与活塞工作面在周向上的尺寸匹配且在活塞裙部的整个的宽度上延伸。由此保证，在油收集通道中存在足够量的油，以便在活塞的整个的上行冲程期间保证了油从排走孔的排出和由此引起的工作面的优化的润湿。

该效果还通过如下方式支持，即使得排走孔布置在垂直于销轴线展开的且伸延通过活塞中轴线的平面中。通过排走孔这样布置在油收集通道的中间中的不仅优化了到排走孔中的流入而且优化了在活塞工作面的区域中的流出。

在油收集通道被填充的情形中，用于活塞裙部或者用于活塞工作面的连续的油供应还通过如下方式来保证，即油收集通道的与排走孔相邻的底部区域具有在排走孔的方向上的倾斜。在排走孔布置在油收集通道的中间中的情形中，油收集通道的在两侧延伸的通道区段配备有在排走孔的方向上的倾斜。由此在油收集通道中的油总是在排走孔的方向上流动。

在该情况中证实为适宜的是，排走孔的进入开口布置在油收集通道的底部区域中且排走孔的排出开口布置在活塞工作面中。由此保证了，位于油收集通道中的油还到达到在活塞工作面的区域中的排出开口。

润滑的另外的优化还能够通过如下方式来实现，即在油收集通道和活塞工作面之间设置有两个或更多个排走孔。由此油输送的位置和配量能够与相应的需求匹配。

排走孔在其纵向延伸上构造为带有布置在端部区段中的进入开口和排出开口的环绕的闭合的孔。但是证实为特别有利的是，排走孔的横截面以进入开口为出发点在排出开口的方向上尤其连续地扩大。通过排走孔的与扩压器相似的设计，压力增大且油在排出开口的区域中的流动速度下降，从而能够保证活塞工作面和气缸工作面的优化的油供应或者润湿。排走孔能够例如具有圆形的或椭圆的横截面。还可设想设计为长孔。

本发明的特别适宜的改进方案还通过如下方式出众，即在油收集通道和布置在环区或活塞顶的区域中的环绕的冷却通道之间设置有流体技术的连接。流体技术的连接能够例如构造为孔，通过该孔保证，在油收集通道中足够量的油供使用以用于在活塞的冲程运动期间活塞裙部的优化的润滑。

本发明的特别有利的实施方式还通过如下方式创造，即油收集通道通过布置在活塞裙部中的且在活塞中轴线的方向上延伸的凹槽的底切部(Hinterschnitt，有时称为凹切部)形成。凹槽在活塞裙部中形成凹处，借助于刮油环从气缸工作面刮除的油通过该凹处穿入到凹槽中。底切部防止了穿入的油的流出且同时作为油收集通道起作用。

将穿入到凹槽中的油输送至形成油通道的底切部还通过如下方式来支持，即凹槽的与刮油环相邻的壁面构造为尤其线性倾斜的或拱形的偏转面。在此油流动通过偏转面且通过该偏转面的倾斜或拱形直接地导引到底切部中且在该处被捕获。

本发明的另一实施方式通过如下方式出众，即活塞的环区通过环绕的环状的凹口如此与活塞裙部分离，即活塞裙部热脱耦。在带有热脱耦的活塞裙部的活塞的情形中，油收集通道根据本发明布置在活塞裙部的面向环区的自由端面中。由刮油环刮除的油那么通过环状的凹口到达向上敞开的油收集通道且在该油收集通道中被捕获和收集。

在油收集通道中收集油还通过如下方式优化，即活塞裙部的自由端面的与油收集通道相邻的且面向活塞中轴线的面区段具有在油收集通道的方向上的倾斜。由此不直接地到达油收集通道中而是到达相邻的面区段上的油流动到油收集通道中。

根据本发明的另一特征(该特征优化了刮除的油在油收集通道中的捕获)在于，环区的与刮油环相邻的且面向活塞裙部的活塞桥接部构造为至少部分区段地在活塞裙部的自由端面的方向上倾斜的导引面，其中导引面的面向活塞中轴线的端部区段形成滴落棱边且在滴落棱边和活塞中轴线之间的径向距离大于或等于在活塞裙部的自由端面的限制油收集通道的开口横截面的内边缘和活塞中轴线之间的径向距离。在下行冲程中从气缸工作面刮除的油通过导引面流动至滴落棱边，该滴落棱边直接地布置在油收集通道的开口之上。那么油从滴落棱边滴落或者流动到油收集通道中且在该油收集通道中被捕获。

为了在活塞的冲程运动期间防止已经位于油收集通道中的油在活塞内部的方向上逸出，设置成，油收集通道的面向活塞中轴线的内壁面如此设计，即使得在油收集通道中构造有底切部。备选地油收集通道还能够具有大于在径向延伸上的宽度的深度。

附图说明

本发明允许大量的实施方式。为了进一步图解说明这些实施方式的基本原理，在图纸中示出且随后描述了其中的一个。图纸：

在图1中以至少部分剖切的视图显示了带有活塞和气缸的根据本发明的内燃机的部分示图；

在图2中以转动了90°的侧视图显示了根据图1的内燃机的部分示图；

在图3中以俯视图显示了内燃机的在图2中绘制的活塞；

在图4中显示了根据图2的活塞的放大的部分示图；

在图5中显示了根据图4的活塞的放大的部分示图；

在图6中显示了根据图4的活塞的另外的放大的部分示图；

在图7中显示了用于内燃机的活塞的第二实施方式的放大的部分示图；

在图8中显示了根据在图7中的细节VIII的活塞的放大的部分示图；

在图9中以透视图显示了根据图7的活塞的部分示图；

在图10中显示了在没有活塞裙部的外周面的情况下的根据图9的活塞裙部的前视图；

在图11中以透视图显示了活塞裙部的沿着在图10中的线XI-XI的剖切的部分示图；

在图12到图14中显示了带有不同设计的横截面形状的油收集通道。

参考符号列表

1 内燃机

2 气缸工作面

3 气缸

4 活塞

5 活塞头

6 活塞裙部

7 活塞工作面

8 活塞销

9 活塞顶

10 环区

11 活塞环

12 刮油环

13 油收集通道

14 销轴线

15 活塞中轴线

16 平面

17 凹槽

18 凹处

19 偏转面

20 排走孔

21 进入开口

22 底部区域

23 排出开口

24 孔

25 冷却通道

26 方向箭头

27 方向箭头

28 方向箭头

29 方向箭头

30 凹口

31 自由端面

32 凹槽

33 导引面

34 滴落棱边

35 开口

36 边缘

37 面区段

38 内壁面

角(α)。

具体实施方式

根据图1到图6随后简短地解释了根据本发明的内燃机1的第一实施方式。内燃机1通常具有多个分别具有气缸工作面2的气缸3，在所述气缸中活塞4分别实施冲程运动。但是在图1到图6中仅仅示出了唯一的气缸3以及活塞4。

活塞4包括活塞头5和带有活塞工作面7的活塞裙部6。活塞4通过活塞销8与没有示出的连杆连接。活塞头5具有面向燃烧室的活塞顶9和用于容纳两个活塞环11和刮油环12的环绕的环区10。

在活塞裙部6的面向环区10的端部区段中，直接地在刮油环12之下布置有单侧敞开的油收集通道13。该油收集通道在周向上延伸，更确切地说在垂直于活塞销8的销轴线14展开的且伸延通过活塞中轴线15的平面16的两侧对称地延伸(参见在图3中的方向箭头)。油收集通道13通过布置在活塞裙部6中的且在活塞中轴线15的方向上延伸的凹槽17的底切部形成，其中凹槽17构造了在活塞裙部6或者活塞裙部6的周面中的凹处18。凹槽17的与刮油环12相邻的壁面设计成倾斜的或者拱形的偏转面19。

在油收集通道13和活塞工作面7之间设置有排走孔20，该排走孔布置在垂直于活塞销8的销轴线14展开的且伸延通过活塞中轴线15的平面16中且将油收集通道13划分为两个相同大小的部分段。不言而喻还可行的是，排走孔20将油收集通道13划分为两个不同大小的部分段。排走孔20如此倾斜，即使得活塞中轴线15和排走孔20包夹锐角(α)。优选地，排走孔20具有线性的倾斜伸延。在此排走孔20的进入开口21布置在油收集通道13的底部区域22中且排走孔20的排出开口23直接地布置在活塞工作面7中。油收集通道13的或者油收集通道13的两个部分段的底部区域22具有在排走孔20或者进入开口21的方向上的倾斜(参见图10)。

如在图4中看出的那样，油收集通道13此外通过孔24与设置成用于活塞冷却的且布置在环区10的区域中的环绕的冷却通道25连接。由此油能够从冷却通道25流动到油收集通道13中(参见在图5中的方向箭头26)。

在活塞4的整个的下行冲程期间，位于气缸3的气缸工作面2上的油通过刮油环12刮除，通过在活塞裙部6中的凹处18到达到凹槽17中、沿着偏转面19流动到油收集通道13中且在该处被捕获和收集(参见在图5中的方向箭头27)。

在活塞4的整个的上行冲程期间，在油收集通道13中收集的油那么连续地经过排走孔20在活塞工作面7的方向上流动且在该处通过布置在活塞工作面中的排出开口23逸出(参见在图5中的方向箭头28)。通过油收集通道13的底部区域22的倾斜，在该油收集通道之内的油在排走孔20的进入开口21的方向上流动。排走孔20相对于活塞中轴线15的倾斜确保油从油收集通道13在活塞工作面7的方向上连续地流出。

在活塞4的上行冲程结束时，还位于油收集通道13中的油的一部分那么由于惯性力向上从油收集通道13逸出且沿着偏转面19通过在活塞裙部6中的凹处18在气缸工作面2的方向上流动且润湿该气缸工作面(参见在图6中的方向箭头29)。

在图7到图14中绘制了本发明的第二实施方式，其中相同参考符号涉及相同构件或者元件。活塞4在此具有与活塞头5热脱耦的活塞裙部6。热脱耦通过在环区10和活塞裙部6之间的环绕的环状的凹口30实现。在此油收集通道13在刮油环12之下布置在活塞裙部6的面向环区10的自由端面31中。油收集通道13构造为在自由端面31中引入的且在活塞头5或者环区10的方向上敞开的凹槽32。为了引导由刮油环12从气缸工作面2刮除的油，环区10的与刮油环12相邻的活塞桥接部构造为在活塞裙部6的自由端面31的方向上倾斜的导引面33。在此该导引面33的面向活塞中轴线15的端部区段形成滴落棱边34，其中在滴落棱边34和活塞中轴线15之间的径向距离大于在活塞裙部6的自由端面31的限制油收集通道13的开口35的内边缘36和活塞中轴线15之间的径向距离。由此滴落棱边34直接地布置在油收集通道13的开口35之上，从而刮除的油沿着导引面33经过滴落棱边34通过开口35流动到油收集通道13中且在该处被收集。

此外设置成，活塞裙部6的自由端面31的与油收集通道13相邻的且面向活塞中轴线15的面区段37具有在油收集通道13的方向上的倾斜。由此在发动机运行中滴落到面区段37上的油流出到油收集通道13中。

原则上，可设想凹槽32或者油收集通道13的不同的横截面形状。图8和图11到图14显示了油收集通道13的横截面形状的不同的设计。图11和图12显示了有利的设计方案，根据所述设计方案油收集通道13的面向活塞中轴线15的内壁面38构造为如此倾斜的或者拱形的，即使得在油收集通道13中构造了底切部。由此在活塞6的冲程运动时能够减少在活塞中轴线15的方向上的油损失。

Claims (15)

1.一种内燃机(1)，带有至少一个具有气缸工作面(2)的气缸(3)且带有在所述气缸中实施冲程运动的活塞(4)，该活塞包括带有刮油环(12)的环区(10)和带有活塞工作面(7)的活塞裙部(6)，其中在所述活塞裙部(6)的面向所述刮油环(12)的端部区段中在周向上延伸的至少单侧敞开的油收集通道(13)如此直接布置在所述刮油环(12)之下，即使得在所述活塞(4)的下行冲程时借助于所述刮油环(12)从所述气缸工作面(2)刮除的油在所述油收集通道(13)中收集，且其中设置有至少一个以所述油收集通道(13)为出发点且通入到所述活塞工作面(7)中的排走孔(20)。

2.根据权利要求1所述的内燃机(1)，其特征在于，所述排走孔(20)构造为如此倾斜的，即使得活塞中轴线(15)和所述排走孔(20)包夹锐角(α)。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机(1)，其特征在于，所述油收集通道(13)在垂直于销轴线(14)展开的且伸延通过所述活塞中轴线(15)的平面(16)的两侧延伸，和/或所述排走孔(20)布置在垂直于所述销轴线(14)展开的且伸延通过所述活塞中轴线(15)的平面(16)中。

4.根据权利要求1或2所述的内燃机(1)，其特征在于，所述油收集通道(13)的与所述排走孔(20)相邻的底部区域(22)具有在所述排走孔(20)的方向上的倾斜。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机(1)，其特征在于，所述排走孔(20)的进入开口(21)布置在所述油收集通道(13)的底部区域(22)中且所述排走孔(20)的排出开口(23)布置在所述活塞工作面(7)中。

6.根据权利要求1或2所述的内燃机(1)，其特征在于，两个或更多个排走孔(20)在所述油收集通道(13)和所述活塞工作面(7)之间延伸。

7.根据权利要求5所述的内燃机(1)，其特征在于，所述排走孔(20)的横截面以所述进入开口(21)为出发点在所述排出开口(23)的方向上扩大。

8.根据权利要求1或2所述的内燃机(1)，其特征在于，在所述油收集通道(13)和布置在所述环区(10)或所述活塞顶(9)的区域中的环绕的冷却通道(25)之间设置有流体技术的连接。

9.根据权利要求1或2所述的内燃机(1)，其特征在于，所述油收集通道(13)通过布置在所述活塞裙部(6)中的且在所述活塞中轴线(15)的方向上延伸的凹槽(17)的底切部形成。

10.根据权利要求9所述的内燃机(1)，其特征在于，所述凹槽(17)的与所述刮油环(12)相邻的壁面构造为倾斜的偏转面(19)。

11.根据权利要求1或2所述的内燃机(1)，其特征在于，所述活塞(4)的环区(10)通过环绕的环状的凹口(30)如此与所述活塞裙部(6)分离，即使得所述活塞裙部(6)热脱耦。

12.根据权利要求11所述的内燃机(1)，其特征在于，所述油收集通道(13)布置在所述活塞裙部(6)的面向所述环区(10)的自由端面(31)中。

13.根据权利要求11所述的内燃机(1)，其特征在于，所述活塞裙部(6)的自由端面(31)的与所述油收集通道(13)相邻的且面向所述活塞中轴线(15)的面区段(37)具有在所述油收集通道(13)的方向上的倾斜。

14.根据权利要求11所述的内燃机(1)，其特征在于，所述环区(10)的与所述刮油环(12)相邻的且面向所述活塞裙部(6)的活塞桥接部构造为至少部分区段地在所述活塞裙部(6)的自由端面(31)的方向上倾斜的导引面(33)，其中所述导引面(33)的面向所述活塞中轴线(15)的端部区段形成滴落棱边(34)且在所述滴落棱边(34)和所述活塞中轴线(15)之间的径向距离大于或等于在所述活塞裙部(6)的自由端面(31)的限制所述油收集通道(13)的开口横截面的内边缘(36)和所述活塞中轴线(15)之间的径向距离。

15.根据权利要求11所述的内燃机(1)，其特征在于，所述油收集通道(13)的面向所述活塞中轴线(15)的内壁面(38)如此设计，即使得在所述油收集通道(13)中构造有底切部。

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