CN114630953A - 用于内燃机的具有摩擦损失降低的活塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机活塞，其包括上部的活塞部分(1)，环区(2)位于所述上部的活塞部分中，其中，从所述上部的活塞部分(1)出发设置活塞裙(3)，该活塞裙具有在所述活塞的压力侧和反压侧上的两个相对置的支撑的裙壁区段(4，5)，并且这两个支撑的裙壁区段(4，5)经由相对于所述活塞的外径缩进的连接壁(6，7)相互连接，其中，在每个连接壁(6和7)中设置有用于接纳销的销孔(18)，并且所述两个相对置的支撑的裙壁区段(4和5)具有彼此不同的壁厚并且在其侧向的裙部连接部(8，9和16，17)到所述缩进的连接壁(6，7)的过渡处具有不同的过渡区域。

Description

用于内燃机的具有摩擦损失降低的活塞
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于内燃机的活塞，该活塞设计成所谓的箱式结构。
现代活塞系统在其耐久性以及其操作性能方面受到苛刻的要求。此外，存在对来自发动机的低排放输出的环境要求。
为此，例如由DE102017108271A1已知活塞，其具有相对置的支撑的裙壁区段，活塞在其在内燃机的气缸中运动期间通过所述支撑的裙壁区段支撑在气缸内壁上并且沿着气缸内壁滑动。这两个相对置的支撑的裙壁区段通过连接壁相互连接，所述连接壁相对于活塞的外径(也称为公称直径)缩进。这两个缩进的连接壁分别被以本身已知的方式容纳销的销孔穿过。支撑的裙壁区段在它们的径向方向上(在过渡区域之间，在过渡区域处每个支撑的裙壁区段的侧向区域过渡到其相关联的连接壁)具有相同的厚度(壁厚)。此外，相对置的支撑的裙壁区段在压力侧和反压侧上具有相同的设计。类似地，缩进的连接壁也具有相同的厚度(壁厚)。此外，裙壁区段通过狭槽至少部分地与上部的活塞部分分离。
为了满足开头所述的要求，已知这种箱式构造的活塞的连接壁是倾斜的，并且根据活塞的几何形状和使用目的平行于活塞冲程轴线延伸、相对于活塞冲程轴线凹入或凸出。这减少了活塞系统(内燃机的活塞和气缸)内的摩擦，并满足了燃料消耗、排放、噪音和使用寿命方面的严格要求。
鉴于此，本发明的目的是，在上述的要求方面进一步改进活塞系统、特别是活塞。
该目的如此实现，即两个相对置的支撑的裙壁区段在其侧向的裙部连接部到缩进的连接壁的过渡处具有不同的过渡区域。
该特征可以通过下面的特征补充：
所述两个相对置的支撑的裙壁区段具有彼此不同的壁厚，或者
所述两个相对置的支撑的裙壁区段具有相同的壁厚。
这种改进的活塞通过对裙部刚度的影响和甚至进一步优化的活塞轮廓实现了与气缸支承表面的更好接触。由于压力侧和反压侧对于发动机运行具有不同的边界条件，因此它们由于支撑的裙壁区段的不同的壁厚和支撑的裙壁区段在朝向缩进的连接壁的过渡区域中的不同连接部而被不同地处理。重要的优点是柔性和改进的刚性的组合，柔性使得可以实现更好的接触，而改进的刚性是活塞的长期耐久性所需的。与气缸支承表面的更好接触导致活塞裙(支撑的裙壁区段)上的摩擦损失减少高达百分之二十，这也改善了燃料效率。
下面将参照活塞的示例性实施例更详细地解释和描述本发明的基本构思，即两个相对置的支撑的裙壁区段具有彼此不同的壁厚以及在它们的侧向的裙部连接部到缩进的连接壁的过渡处的不同过渡区域。
该示例性实施例基于一种内燃机的活塞，所述活塞包括上部的活塞部分(活塞顶)，环区位于该上部的活塞部分内，其中，从上部的活塞部分出发设置两个相对置的支撑的裙壁区段，并且这两个支撑的裙壁区段经由相对于活塞的外径缩进的连接壁相互连接，其中，每个连接壁设置有用于接纳销的销孔。这种活塞可以以多种方式制造(例如，通过铸造、锻造等)。这种活塞可以由一个单个部件制成，或者由两个(例如顶部和底部)或甚至两个以上的部件组成，它们以适当的方式相互连接，特别是通过不可拆卸的连接方法、例如焊接等。
图1和图2示出了根据本发明的活塞的横截面，提供了进入活塞内部的视图。该横截面位于附图标记为5的支撑的裙壁区段和销孔18之间的区域中，在图2中该销孔被示出为轮廓。因此，当观察图1和图2时，从活塞销的方向观察在反压侧上的支撑的裙壁区段5的内部区域。顺便提及，这同样适用于图3和图4所示的横截面，其中从活塞销的方向观察在压力侧上的支撑的裙壁区段4的内部区域。
根据图1和图2的活塞的内部视图涉及反压侧。可以看到附图标记为15的中心裙部区域，其是支撑的裙壁区段5的一部分，该中心裙部区域15具有在活塞的公称直径(DN)的1％至3％的范围内的恒定壁厚。该中心裙部区域15的侧向区域过渡到侧向的裙部连接部8和9。裙部连接部8和9是圆形的(弯曲的)并连接到缩进的连接壁6和7。在相应的支撑的裙壁区段5的上部区域中，所述裙壁区段也以圆形的(弯曲的)方式连接到或过渡到上部的活塞部分(1)。该过渡通过与环区凸起12的连接部实现。环区凸起12位于环区2的高度、特别是大致位于最下面的环槽的高度。这种连接部在图1中可以非常清楚地看到。
图2示出了销孔18的轴线在点划线平面内延伸。与此相关，提供了具有活塞的公称直径的14％至20％的增大的连接半径的区域，在该增大的连接半径的区域下方跟随具有大小为活塞的公称直径的9％至15％的恒定连接半径的区域。
与图1和图2类似，图3和图4示出了活塞内部在压力侧的视图。在此，可以看出，支撑的裙壁区段4具有下部的中心裙部区域14，其经由相应的侧向的裙部连接部16和17以圆形(弯曲)方式过渡到缩进的连接壁6和7。中心裙部区域14在下部区域中具有活塞的公称直径的1％至3％的恒定壁厚。下部的中心裙部区域的上端部经由圆形(弯曲)区域过渡到上部的中心裙部区域13。上部的中心裙部区域13具有活塞的公称直径的2.5％至6％的恒定壁厚。因此，在活塞的压力侧上存在两个中心裙部区域13和14，它们具有不同的壁厚。相反，在活塞的反压侧上仅有一个中心裙部区域15，其具有恒定的均匀壁厚。上部的中心裙部区域13的上端再次经由环区凸起12过渡到活塞的上部。
图4再次示出了点划线平面，销孔18的纵向轴线处于该点划线平面中。上部的中心裙部区域13位于该平面上方，使得上部的中心裙部区域13的下端部区域在该平面上方开始，在该下端部区域中上部的中心裙部区域具有恒定的壁厚。上部的中心裙部区域13的高度是活塞的公称直径的4％至9％。下部的中心裙部区域14具有活塞的公称直径的11％至19％的高度。根据图4的示例性实施例示出，下部的中心裙部区域14的下端部区域也形成活塞的下边缘。
原则上，设置在活塞中的中心裙部区域13、14、15、特别是在反压侧上的唯一的中心裙部区域15和特别是在压力侧上的两个中心裙部区域13和14在它们各自的区域中具有它们各自的恒定的壁厚(厚度)。该相应的壁厚利用在朝向缩进的连接壁6、7的方向上的圆形(弯曲)过渡而逐渐增加和利用圆形(弯曲)的环区凸起12朝向上部的活塞部分1逐渐增加，这意味着在反压侧上的支撑的裙壁区段5和在压力侧上的支撑的裙壁区段4都具有恒定壁厚的区域和与之相邻的壁厚增加的区域。
上述百分比可以与活塞的应用领域相关地向上或向下变化1％或5％或10％。
附图标记列表
1.上部的活塞部分
2.环区
3.活塞裙
4.裙壁区段(压力侧)
5.裙壁区段(反压侧)
6.连接壁
7.连接壁
8.侧向的裙部连接部
9.侧向的裙部连接部
10.底切
11.底切
12.环区凸起
13.上部的中心裙部区域(压力侧)
14.下部的中心裙部区域(压力侧)
15.中心裙部区域(反压侧)
16.狭窄的裙部连接部
17.狭窄的裙部连接部
18.销孔

Claims (11)

1.一种内燃机活塞，其包括上部的活塞部分(1)，环区(2)位于所述上部的活塞部分中，其中，从所述上部的活塞部分(1)出发设置活塞裙(3)，该活塞裙具有在所述活塞的压力侧和反压侧上的两个相对置的支撑的裙壁区段(4，5)，并且这两个支撑的裙壁区段(4，5)经由相对于所述活塞的外径缩进的连接壁(6，7)相互连接，其中，在每个连接壁(6和7)中设置有用于接纳销的销孔(18)，其特征在于，所述两个相对置的支撑的裙壁区段(4和5)在其侧向的裙部连接部(8，9和16，17)到所述缩进的连接壁(6，7)的过渡处具有不同的过渡区域。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述两个相对置的支撑的裙壁区段(4和5)具有彼此不同的壁厚。
3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述两个相对置的支撑的裙壁区段(4和5)具有相等的壁厚。
4.根据权利要求1或2或3所述的活塞，其特征在于，在所述裙壁区段(4和5)和所述连接壁(6，7)内部设置延伸到所述上部的活塞部分(1)中的空腔，所述空腔具有环区凸起(12)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的活塞，其特征在于，反压侧的所述裙壁区段(5)包括一个一直延伸到所述环区凸起(12)的中心裙部区域(15)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的活塞，其特征在于，所述中心裙部区域(15)在朝向所述上部的活塞部分(1)的方向上渐缩，并且所述侧向的裙部连接部(8、9)是相应地适配的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述连接壁(6，7)的壁厚在朝向所述上部的活塞部分(1)的方向上变化、特别是减小。
8.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，在所述连接壁(6、7)的外侧上集成突出到所述上部的活塞部分(1)中的底切(10、11)，所述底切具有弧形的横截面。
9.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，压力侧的所述裙壁区段(4)包括两个中心裙部区域，即，与所述环区凸起(12)相邻的上部的裙部区域(13)和背离所述环区凸起(12)的下部的裙部区域(14)，狭窄的裙部连接部(16、17)侧向地邻接至所述裙壁区段。
10.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述上部的中心裙部区域(13)在所述销孔(18)的高度上布置在所述销孔的中心轴线上方，并且设计为条带。
11.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述下部的中心裙部区域(14)从所述销孔(18)的下边缘一直延伸到所述裙壁区段(4)的下端。
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