CN113748262A - 用于内燃机的活塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的活塞(10)，该活塞包括轴壁部分(18)以及至少一个基部支承件(20)，该轴壁部分用于支承在汽缸或汽缸衬套中，该至少一个基部支承件在圆周方向上与轴壁部分连接，该基部支承件具有形成螺旋线的部分的至少一个轮廓。

Description

用于内燃机的活塞

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的活塞。

用于内燃机的活塞承受极高的负载，特别是在具有高比功率(specific power)的汽油发动机的情况下，该比功率可以是100kW/l的数量级。这一方面是由于高的点火压力(可以为120bar左右)，并且另一方面是由于燃烧室中普遍存在极高的温度。由于曲柄传动件(crank drive)在活塞的压力侧上的运动学，且在此特别是在活塞的最低环形槽中，会出现特别高的负载。特别是在可以被描述为“最大侧向力”的负载情况下，在压力侧上的活塞的最低环形槽中会出现高拉伸应力，因为活塞裙部(piston skirt)以比包括环形区域的活塞冠部(piston crown)更具弹性的方式对侧向力作出反应。此外，为了使活塞销毂(pistonboss)和其他发动机部件由于惯性力而承受的载荷保持较低，需要尽可能减轻重量。例如，这通过在活塞销的轴向方向上、在活塞销的外侧径向地形成所谓的凹穴(pocket)来实现。换而言之，连接支承轴壁部分的连接壁被径向地向内缩回。

背景技术

现有技术中的许多活塞以这种方式设计。通常在轴壁部分与凹穴之间形成倒圆的部分。

发明内容

在这样的背景下，本发明的目的是在不显著增加活塞的重量的情况下，保证疲劳强度，特别是在活塞的最低槽中的疲劳强度，特别是通过减小在此出现的最大应力而保证疲劳强度。

这种目的通过权利要求1中所述的活塞而实现。

根据这个目的，活塞包括用于支承在汽缸或汽缸衬套(cylinder liner)中的轴壁部分，所谓的基部支承件在周向方向上、朝向活塞冠部连接至轴壁部分，所述基部支承件具有形成螺旋线(helix)的部分的至少一个轮廓。换而言之，底部边缘(即，背离活塞冠部的基部支承件的端部)与最低环形槽之间的距离遵循围绕汽缸轧制的斜率。这种底部边缘在基部支承件的基本上整个径向深度上可以是相同的。换而言之，径向地看基部支承件，这显示为线。然而，所描述的轮廓可以仅径向地出现在基部支承件的外侧或内侧上，并且基部支承件的底部外周可以从此边缘下降或上升。在直角坐标系(笛卡尔坐标系，Cartesiancoordinates)中，螺旋线可以被表示如下：

其中，r为汽缸的半径，h为螺距，以及t为曲线参数。斜率k为：

正如最初的模拟所示出的，这可以显著降低最低活塞环形槽中的应力。与目前使用的设计相比，最大主应力可以降低约30MPa。这导致了疲劳强度的改善约25％。此外，已经示出了，在典型活塞的情况下，重量增加仅为约2g。因此，通过本发明能够以有利的方式实现将活塞构造成既相对轻又同时坚固的目的。因此，基部支承件确保了对活塞冠部的有利支承。

在其他权利要求中描述了根据本发明的活塞的有利改良。

尽管所描述的设计可以设置在活塞的两侧上，但是考虑到上述负载情况，优选的是根据本发明的轮廓至少设置在活塞的压力侧上。

还优选的是根据本发明的轮廓设置在轴壁部分的两侧上，使得可以综合利用根据本发明的优点。

这也适用于优选的措施，根据该优选措施至少一个基部支承件从轴壁部分延伸，直至销毂极限部(pin boss limit)的区域。

初始模拟示出了，根据本发明的螺旋线的斜率应该至少为1：10且至多为1：1。目前，优选为约1：2的值。

根据本发明设计的基部支承件具有在径向方向上测量的深度，该深度优选地与活塞的最低环形槽的在相同方向上测量的深度或多或少的相同。这样允许由活塞的环形槽削弱的区域的低应力支承特别可靠地实现。所描述的深度可以高达活塞环形槽深度的两倍，并且在普通汽油发动机活塞的情况下，所描述的深度可以是约6mm。

连接轴壁部分的连接壁位于所描述的基部支承件的径向内侧，并且考虑到减轻重量，优选的是在此处设置间隔，或者换而言之，至少一个基部支承件在径向方向上与连接壁间隔开。因此，在此剩下的是“凹穴”，它有利于减轻重量。

为了避免切口效应，优选在轴壁部分与至少一个基部盖之间的过渡部处设置倒圆的部分。

附图说明

在下文中，将参照附图更为详细地描述本发明的优选实施方式。附图中：

图1示出了根据本发明的活塞的侧视图；

图2示出了根据本发明的活塞的仰视图；以及

图3示出了根据本发明的具有绘制有螺旋线的活塞的立体仰视图。

具体实施方式

从图1可以看出，根据本发明的活塞包括根据图1在该活塞的顶侧上的活塞冠部12、具有最低环形槽16的环形区域14、以及轴壁部分18，这些轴壁部分中只有一个可以在图1中完整地示出。当在圆周方向上测量时，轴壁部分18具有或多或少恒定的宽度。在所示的实施方式示例中，宽度沿着活塞冲程轴线(piston stroke axis，图1中的竖直方向)或多或少是恒定的，朝向底侧(即，背离活塞冠部12)略微变宽。

根据本发明，所谓的基部支承件20在圆周方向上连接至所示的压力侧轴壁部分18的两侧，在所示的情况下，这些基部支承件形成为镜像对称的。图1示出了在基部支承件20的底侧上的轮廓为倾斜表面，但图3揭示了该轮廓遵循螺旋线。下面结合图3提供了详细的说明。参考图1，应该再次注意到，从轴壁部分18至相应的基部支承件20的过渡部被构造成倒圆的部分22的形式。

除此之外，图2示出了基部支承件20的、在径向方向上测量的深度T。图2还示出了每个基部支承件20与连接轴壁部分的连接壁24间隔开，不过连接壁24在活塞销轴线的方向上稍许偏离。结果，有利于减轻重量的凹穴26保留在基部支承件与连接壁之间。

图3现在详细地示出了基部支承件20的轮廓。应该注意的是，这也适用于另一侧的、具有相反的螺旋性的基部支承件。图3中所示的螺旋性可以描述为正。换而言之，如果将x轴线在心理上翻转至y轴线上，则螺旋线会在z轴线的方向上移动。

从图3还可以看出，基部支承件在倒圆的部分22的区域中开始朝向轴壁部分18(箭头B)、并且或多或少地在销毂极限部28(箭头A)的区域中结束.在所示的情况下，斜率约为1：2，并且深度T(参见图2)约为6mm、约为最低环形槽16的深度的两倍深。

还应该提到的是，至少一个基部支承件的径向外侧可以与轴壁部分在同一汽缸外表面上。然而，由于在汽缸(缸套)壁上的径向支承不需要基部支承件，所以基部支承件可以相对于轴壁部分在径向方向上缩回。

Claims (8)

1.一种用于内燃机的活塞(10)，所述活塞包括轴壁部分(18)以及至少一个基部支承件(20)，所述轴壁部分用于支承在汽缸或汽缸衬套中，所述至少一个基部支承件在圆周方向上连接至所述轴壁部分，所述基部支承件具有形成螺旋线的部分的至少一个轮廓。

2.根据权利要求1所述的活塞(10)，其特征在于，

所述基部支承件(20)至少设置在所述活塞(10)的压力侧上。

3.根据权利要求1或2所述的活塞(10)，其特征在于，

所述基部支承件(20)设置在至少一个轴壁部分(18)的两侧上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的活塞(10)，其特征在于，

所述至少一个基部支承件延伸直至销毂极限部(28)的区域。

5.根据前述权利要求中任一项所述的活塞(10)，其特征在于，

所述螺旋线具有的斜率为1:10至1:1，特别是1:2。

6.根据前述权利要求中任一项所述的活塞(10)，其特征在于，

所述至少一个基部支承件(20)的、在径向方向上测量的深度(T)至少与最低环形槽(16)的、在所述径向方向上测量的深度相同，和/或所述至少一个基部支承件的深度最多是所述最低环形槽的深度的两倍。

7.根据前述权利要求中任一项所述的活塞(10)，其特征在于，

所述至少一个基部支承件(20)与连接所述轴壁部分(18)的连接壁(24)间隔开。

8.根据前述权利要求中任一项所述的活塞(10)，其特征在于，

轴壁部分(18)与所述至少一个基部支承件(20)之间的过渡部设置有倒圆的部分(22)。

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