內(nèi)燃機(jī)活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)活塞。
[0002]在內(nèi)燃機(jī)中，活塞在燃料混合物點(diǎn)火后會(huì)進(jìn)行相應(yīng)地平移運(yùn)動(dòng)，并且通過(guò)活塞銷(xiāo)和連桿將動(dòng)能傳遞給機(jī)軸。為了滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)這些的要求，活塞在靠近燃燒室的區(qū)域具有活塞環(huán)區(qū)。為了容置活塞銷(xiāo)，設(shè)置有銷(xiāo)轂，并且在垂直于銷(xiāo)轂的平面上通常設(shè)有軸壁，該軸壁作為側(cè)面支撐部。前面提到的功能區(qū)域，即活塞環(huán)區(qū)、銷(xiāo)轂以及軸壁，通常通過(guò)所謂的連接壁或側(cè)壁而連接起來(lái)，所述連接壁或側(cè)壁在軸壁之間延伸，分別容置銷(xiāo)轂，并且還起到支撐活塞環(huán)區(qū)的作用。
[0003]在該技術(shù)領(lǐng)域中，一直期望減小壓縮高度，即活塞環(huán)區(qū)朝向燃燒室的端部和活塞銷(xiāo)的中部之間的距離，這是因?yàn)檫@樣一來(lái)就可減小重量。然而，這是與滿(mǎn)足活塞的剛度需求的目標(biāo)相抵觸的。
【背景技術(shù)】
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中已知很多種活塞結(jié)構(gòu)，這些活塞結(jié)構(gòu)通過(guò)采取多種措施試圖來(lái)保持較低的壓縮高度和重量。例如，根據(jù)DE 102009032861A1的活塞，是通過(guò)在連接壁上設(shè)置大型“窗體”的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)出一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，其進(jìn)一步改善了壓縮高度和/或重量，同時(shí)對(duì)于活塞必須滿(mǎn)足的強(qiáng)度要求也有所改善。
[0006]該目的通過(guò)權(quán)利要求1所述的活塞來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0007]因此，與通常為圓柱形的銷(xiāo)轂不同的是，該活塞具有大體上對(duì)應(yīng)于氣缸內(nèi)表面的區(qū)段的不連續(xù)的支撐表面。在至少兩個(gè)這種支撐表面之間設(shè)置有凹部，所述凹部具有至少為兩個(gè)相對(duì)的支撐表面之間的距離的一半的10%的(徑向)深度。兩個(gè)相對(duì)的支撐表面之間的距離的一半實(shí)質(zhì)上指的是待容置的通常為圓柱形的活塞銷(xiāo)的半徑，因此在活塞銷(xiāo)的徑向方向上測(cè)得的凹部的深度大小為正常的活塞銷(xiāo)尺寸所具有的毫米量級(jí)。換言之，這會(huì)在先前設(shè)置有銷(xiāo)轂的區(qū)段處產(chǎn)生清楚且大型的窗體。尤其是，如果活塞銷(xiāo)的上部區(qū)域(即靠近活塞環(huán)區(qū)的區(qū)域)以及與活塞環(huán)區(qū)相對(duì)的下部區(qū)域在活塞軸線(xiàn)的方向上受到了支撐，那么足以完成初始計(jì)算。某種程度上，所述的“窗體”可形成在后者的側(cè)面，尤其是位于下半部分上，可大幅地降低重量。根據(jù)本發(fā)明的活塞的應(yīng)力幅值通過(guò)有限元來(lái)確定，并且與之前的普通活塞設(shè)計(jì)進(jìn)行比較。此處清楚的是，盆形燃燒室在銷(xiāo)平面內(nèi)的邊緣上的應(yīng)力幅值減小近20%，并且盆形燃燒室在垂直于后者的平面內(nèi)的邊緣上以及盆形燃燒室在銷(xiāo)平面內(nèi)的底部上也減小了 5 %到10 %的量級(jí)大小。
[0008]此外，可形成用于環(huán)部的固定凹槽，以將活塞銷(xiāo)僅固定到所描述的支撐表面的區(qū)域內(nèi)，并且已證明通過(guò)這種方式可保證對(duì)活塞有足夠的固定。
[0009]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的活塞，應(yīng)當(dāng)指出的是，后者還可設(shè)置有散熱通道，并且在這種情況下，鑄造是優(yōu)選的生產(chǎn)方法。另外還應(yīng)指出的是，在以適當(dāng)?shù)蔫T造工具進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，所描述的結(jié)構(gòu)，即支柱、肋部和/或環(huán)部，例如可通過(guò)適當(dāng)?shù)拿撃Ｐ逼聛?lái)成形，以便保證脫模。然而，通過(guò)鍛造來(lái)生產(chǎn)也是可能的，在這種情況下，鋼是優(yōu)選的材料。然而，不考慮生產(chǎn)方法的話(huà)，鋁或鋁合金也可作為根據(jù)本發(fā)明的活塞的材料。軸壁在與活塞環(huán)區(qū)連接的區(qū)域中可比它們?cè)谡５摹跋虏俊眳^(qū)域中更寬。然而，在某些應(yīng)用中，軸壁也可顛倒過(guò)來(lái)設(shè)計(jì)，即，它們?cè)谡５难由觳恐锌杀人鼈冊(cè)谂c活塞環(huán)區(qū)的連接區(qū)域中更寬。尤其是，軸壁的尺寸可根據(jù)待轉(zhuǎn)移的橫向力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0010]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的凹部的深度，應(yīng)當(dāng)指出的是，其可高達(dá)活塞銷(xiāo)半徑的50%。通常，根據(jù)本發(fā)明的活塞基于這樣的基本思路，即在不設(shè)置先前常規(guī)的側(cè)壁的情況下產(chǎn)生力通量和所需的剛度，并且因此減小重量并降低壓縮高度。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的活塞結(jié)合了圓柱形的活塞銷(xiāo)。
[0011]在其他的權(quán)利要求中描述了根據(jù)本發(fā)明的活塞優(yōu)選的其他方面。
[0012]對(duì)于靠近活塞環(huán)區(qū)設(shè)置的支撐表面而言，如果其在活塞銷(xiāo)的周向方向上比對(duì)面的支撐表面覆蓋更大的角度則是優(yōu)選的，該更大的角度尤其是120°到180°，優(yōu)選地為150°到170°，該對(duì)面的支撐表面一般僅為大致40°到90°，優(yōu)選地為大致60°。
[0013]此外，對(duì)于靠近活塞環(huán)區(qū)設(shè)置的支撐表面而言，如果其在活塞軸線(xiàn)的方向上進(jìn)行擴(kuò)展則是優(yōu)選的，以便僅允許連接桿及其移動(dòng)具有最小的游隙。
[0014]關(guān)于進(jìn)一步減小重量，如果根據(jù)本發(fā)明的凹部由位于另一側(cè)的支柱而限定到位于待容置的活塞銷(xiāo)的對(duì)面的一側(cè)上，這將是有益的，支柱所在的另一側(cè)即為朝向軸壁的一側(cè)，那里也有凹部。換言之，先前的通常的側(cè)壁由兩個(gè)典型地對(duì)稱(chēng)的支柱所代替，所述支柱在兩側(cè)上均具有大量的凹部，因此其不再是先前正常的側(cè)壁了，并且后者的重量可以減少。在初始計(jì)算中，能夠得出通過(guò)所描述的支柱，仍然能夠保證所需要的剛度。
[0015]關(guān)于支柱的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)證明使后者在與活塞環(huán)區(qū)隔開(kāi)的區(qū)域中比在靠近活塞環(huán)區(qū)的區(qū)域中更窄是有益的。
[0016]此外，如果支柱朝向活塞環(huán)區(qū)會(huì)聚的話(huà)，那么對(duì)于剛度而言則是有益的。換言之，從活塞銷(xiāo)軸線(xiàn)的方向上看，通常位于兩側(cè)的兩個(gè)支柱在朝向活塞環(huán)區(qū)方向上朝向彼此傾斜。這樣一來(lái)可以保證活塞環(huán)區(qū)在內(nèi)部可以得到尤其好的支撐，在內(nèi)部限定出燃燒室，尤其是可以形成盆形燃燒室。
[0017]還設(shè)置有開(kāi)篇時(shí)所描述的功能區(qū)域，關(guān)于這些功能區(qū)域的連接部分，當(dāng)前優(yōu)選地設(shè)置了橢圓的環(huán)部，其形成在活塞上與活塞環(huán)區(qū)相對(duì)的一端，并且將軸壁、位于與環(huán)形場(chǎng)間隔開(kāi)的位置處的支撐表面，以及所描述的支柱(視情況)彼此連接。此處，所述環(huán)部?jī)?yōu)選地制成盡可能地窄，尤其是橢圓形的，因?yàn)檫@樣一來(lái)可進(jìn)一步減小重量，并且還可保證連桿和其移動(dòng)所需的最小的游隙。
[0018]為了保證支柱的剛度，此時(shí)如果后者在與活塞環(huán)區(qū)和/或與環(huán)部的交叉部分處具有加強(qiáng)肋，則是優(yōu)選的。此外，通過(guò)這些肋部，所述交叉部分處的應(yīng)力也會(huì)減小。
【附圖說(shuō)明】
[0019]下面將對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(其顯示為附圖中的例子)進(jìn)行更為詳細(xì)地描述。其中:
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