CN103732897A - 活塞 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于内燃机的活塞（1），所述活塞（1）具有活塞头（2）和邻接在所述活塞头（2）上的活塞轴（3），所述活塞轴（3）具有布置在加压侧（DS）和反压侧（GDS）上的两个轴壁（6,7），和连接这些轴壁（6,7）的两个套筒壁（8,9），销毂（10）布置在所述套筒壁（8,9）中。本发明的本质方面在于，每个套筒壁（8,9）在所述销毂（10）和所述活塞头（2）之间的区域中具有两个部分壁区(11,12)，在所述两个部分壁区(11,12)中，第一部分壁区（11）在加压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（6）之间走向，且第二部分壁区（12）在反压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（7）之间走向；布置第一部分壁区（11）的纵向中心线（13）为相对于第二部分壁区（12）的纵向中心线（14）交错，且两个部分壁区(11,12)的两个纵向中心线(13,14)在活塞（1）外部相交。
Description
技术领域
根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种用于内燃机的活塞，具有活塞头和邻接于其上的活塞轴。
背景技术
DE102009032379A1公开了一种具有活塞头、具有外周环形部件和活塞轴的顶部环槽的内燃机，该内燃机具有布置于加压侧和反压侧的两个轴壁，以及与这些轴壁连接的两个套筒壁。从活塞的***方向看，布置在加压侧上的轴壁在此比布置在反压侧上的轴壁短。为了减小活塞的应力，加压侧上的套筒壁以直线倾斜走向，其中销毂区域内的套筒壁的距离比加压侧上的轴壁区域内的大。
DE102007020447A1公开了另一种用于内燃机的普通活塞，其中布置在加压侧上的轴壁在活塞的***方向上壁布置在反压侧上的轴壁短。由此，裂纹很少还在销毂区域或分别在活塞头下侧上的套筒壁的支撑体区域中发生的效果增强。
DE10145589B4公开了另一种用于内燃机的活塞，具有活塞头和接合于其上的活塞轴，其中所述活塞轴由轴承轴壁和背面横卧的套筒壁组成，该套筒壁使轴壁彼此连接，且销毂以与活塞轴线相反的销轴线方向设置，这些销毂穿过连接壁。此时，在连接壁的周围下边缘区域中构建这些连接壁，以相对于一个轴线凸起，在环形面积下方的连接壁的上边缘区域中构建这些连接壁，以相对于轴线凹入，其中下边缘处的轴壁宽度大致对应于环形面积下方的轴壁的宽度。由此，尤其将改善将活塞导入至气缸中。
由DE4109160C2已知另一种活塞。
通常，当前的发动机开发趋势趋于减少CO2，这以所谓的“小型化”的形式来实施。为了能减少活塞在内燃机中的震动量，此外，正更多地使用轻质结构的活塞，此外，这些活塞能承受更高的热-机械应力。在轻质结构的活塞中，主要目的在于实现该结构，以在应力方面得到优化，从而防止在高应力位点处形成裂纹，例如在活塞头上或在加压侧上的高应力的套筒壁上，同时满足不同的重量减少的要求，由此减少CO2排放。同时，这种轻质结构的活塞具有其他功能特性，例如抗捕捉性能（anti-seizing property）、低的轴摩擦以及高度的安静运行。
发明内容
本发明解决了为普通型活塞提供改善的实施方式的问题，该改善的实施方式特别以重量减轻和负载承受能力提高来区分。
根据本发明，该问题通过独立权利要求1的主题解决。有利的实施方式为从属权利要求的主题。
本发明基于以下总体思想：以结构差异方式使套筒壁的各个部分壁区在用于内燃机的活塞中对齐或分别布置，从而减小活塞头和反压侧上套筒壁的应力。根据本发明的活塞具有活塞头和通过环形面积直接或间接邻接于其上的活塞轴，该活塞轴包括布置在加压侧和反压侧的两个轴壁以及使这些轴壁连接的两个套筒壁。在上述套筒壁中，由此布置有销毂。在销毂和活塞头的区域中，每个套筒壁具有两个部分壁区，其中第一部分壁区在加压侧的销毂和轴壁之间延伸，且第二部分壁区在反压侧的销毂和轴壁之间延伸。在此，根据本发明布置第一部分壁区的纵向中心线，以相对于该同一套筒壁的第二部分壁区的纵向中心线交错，其中属于套筒壁的两个部分壁区的两个纵向中心线在活塞外部彼此相交。由此，一方面，可实现强度升高，同时，另一方面，可保持相对于套筒壁与相连的轴壁的连接的弹性。这不仅提升了根据本发明的活塞的负载能力，还额外提升了重要的特性，诸如，例如抗捕捉性能、低活塞摩擦和高度的安静运行。同时，这种结构构型使得较低的重量成为可能，由此使得运行中活塞的小震动量成为可能，这对内燃机的CO2排放具有积极作用。取决于套筒壁的各个部分壁区的各自的布置或对应的对齐，除了稳定性提高外，例如通过第一部分壁区以加压侧上轴壁的方向朝向彼此走向来实现，也可达到注射喷嘴的改善的有利布置，这尤其可通过分别以加压侧上轴壁的方向彼此远离走向的第一部分壁区来达到。通过彼此远离走向的第一部分壁区，对于注射喷嘴的定位可实现更大的空间，从而后者可更灵活地布置。此时，关于注射喷嘴的稳定性和布置的优点还可通过第二部分壁区以反压侧上轴壁的方向对应对齐来转移至加压侧。
在根据本发明的方案的有利的另一发展，每个套筒壁在销毂下方的区域中，即背离活塞头的区域中具有第三部分壁区和第四部分壁区，其中第三部分壁区在加压侧的销毂和轴壁之间走向，且第四部分壁区在反压侧的销毂和轴壁之间走向。在此，该第三部分壁区的纵向中心线与第四部分壁区的纵向中心线在活塞内相交，使得优选将第三部分壁区和第四部分壁区布置，使得相对于销毂的轴线的正交线是凸起的。由此，例如，也是在销毂下方的区域中，即在活塞轴背离活塞头的一侧，通过套筒壁的各个部分壁区的对齐或分别取向，可直接影响注射喷嘴的稳定性和重量以及可能定位。如果，例如提高反压侧的稳定性，在此情况下，销毂下方的两个套筒壁的对应的第四部分壁区将不得不以反压侧轴壁的方向朝向彼此走向。在注射喷嘴的改善的布置可能性中，另一方面，两个套筒壁的两个第四部分壁区将不得不以反压侧的轴壁方向远离彼此走向。对于加压侧以类似形式这也同样适用。
本发明的其它重要特征和优点来自于子权利要求、附图，以及借助于附图的各个图的相关描述。
应理解的是上述提及和下文将要进一步解释的特征不仅能以分别描述的组合使用，还能以其它组合使用，或单独使用，而不背离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示例性实施方式示于附图中，并在以下说明中得到更详细地解释，相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的组件。
在此分别示意性示出了：
图1：根据本发明的活塞的不同视图和局部图；
图2：如图1所示，但各个套筒壁具有不同对齐的部分壁区；
图3：根据本发明的另一可能实施方式的其它视图和局部图，各个套筒壁具有不同取向的部分壁区。
具体实施方式
根据图1至图3，根据本发明的用于内燃机的活塞1具有活塞头2，以及通过环形区3邻接于其上的活塞轴4。在环形区3中提供例如用于接收活塞环的不同的环形槽5。活塞轴4具有布置在加压侧DS和反压侧GDS的两个轴壁6和7，这些壁通过两个套筒壁8和9彼此连接（特别参加局部图）。在套筒壁8和9中布置销毂10或至少用于该销毂10的对应的孔。根据本发明，每个套筒壁8、9在销毂10和活塞头2之间的区域中现具有两个部分壁区11、12，其中第一部分壁区11在加压侧的销毂10和轴壁6之间走向，且第二部分壁区12在反压侧的销毂10和轴壁7之间走向。如此布置第一部分壁区11的纵向中心线13，从而相对于第二部分壁区12是交错的，其中两个纵向中心线13、14以交点15在活塞1外部彼此相交。此外，在示出的所有活塞1中，布置在加压侧DS的轴壁6在活塞1的***方向比布置在反压侧GDS的轴壁7短，如特别是在相应的局部图B-B中清晰可见。
在销毂10下方的区域中，每个套筒壁8、9具有第三部分壁区16和第四部分壁区17，其中第三部分壁区16在加压侧的销毂10和轴壁6之间走向，且第四部分壁区17在反压侧的销毂10和轴壁7之间走向。此时，第三部分壁区16的纵向中心线18与第四部分壁区17的纵向中心线19以交点15’在活塞1内部相交。布置第三部分壁区16和第四部分壁区17，使得相对于销毂10的轴线20的正交线是凸起的。通常，第一部分壁区11和第二部分壁区12具有比相应的套筒壁8、9的第三部分壁区16和第四部分壁区17大的壁厚。此外，销毂10和活塞头2之间的两个套筒壁8、9的距离小于销毂10下方的套筒壁8、9的距离。
以下将更精确地解释在此能实现的各个可能的实施方式和优点。
在图1所示的活塞1中，两个套筒壁8、9的各个第一部分壁区11在加压侧以轴壁6的方向朝向彼此走向（参见局部图A-A）。在此，两个部分壁区11、12的两个纵向中心线13、14的倾斜相对较小，使得为了清楚性仅画出交点15，但在图上不会具有间隔，而没有中断具有距离。
两个套筒壁8、9的两个第一部分壁区11以轴壁6的方向朝向彼此走向用两个参照值的关系W>X来表示。因此，两个套筒壁8、9的第二部分壁区12在反压侧以轴壁7的方向彼此远离走向不仅使得能减轻重量，而且同时能进行注射喷嘴的更灵活的布置（未得到更详细地描述），其中第二部分壁区12当然还能布置为彼此平行，其中在此情况下关系D=C将适用。通过由两个第一壁区11在加压侧DS上朝向彼此走向和与其连接的相对靠近布置的两个第一部分壁区11，能实现活塞稳定性的显著提高。参照值W、A、B、X、Y、Z被理解为分别是指在毂连接处或对应地在轴连接处部分壁区彼此间的距离。
如果观察局部图B-B，可看出，两个套筒壁8、9的两个第三部分壁区16在加压侧以轴壁6的方向朝向彼此走向，从而在此也能实现稳定性的提高。经比较，两个套筒壁8、9的两个第四部分壁区17在反压侧以轴壁7方向远离彼此走向，从而相对于注射喷嘴的布置能实现提高的灵活性。同时，在该区域中还能减轻重量。
在根据图2所示的活塞1中，两个套筒壁8的两个第一部分壁区11也在加压侧以轴壁6的方向朝向彼此走向，这用关系W>X示出。以与图1的局部图A-A正交的方式，两个套筒壁8、9的两个第二部分壁区12在反压侧以轴壁7的方向远离彼此走向，这用关系D<C表示。此时，同样容易想到适用关系D=C，从而第二部分壁区12的纵向中心轴线14正交于销轴线20走向。通过图2的局部图A-A中选择的两个套筒壁8、9的各个部分壁区11、12的对齐，可在加压侧DS的区域中实现稳定性提高，并在反压侧GDS的区域中能实现重量减轻和注射喷嘴的灵活布置。
在图2的局部图B-B中，布置两个套筒壁8、9的第三部分壁区16和第四部分壁区17，从而相对于销毂10的销轴线20的正交线是凸起的，这用关系Z>Y和A>B表示。在此情况下，因此，同时在加压侧DS和反压侧GDS上实现稳定性提高，因为第三部分壁区16和第四部分壁区17朝向分别相连的轴壁6、7走向，并在此相对紧密地彼此临近地布置。此时，对应的部分壁区16、17的各个纵向中心线18、19的交点位于活塞1内部。
根据图3的活塞1因两个第一部分壁区11而不同，该两个第一部分壁区11在加压侧以轴壁6的方向远离彼此走向，从而能减轻重量和灵活布置注射喷嘴。两个第一部分壁区11在加压侧以轴壁6的方向远离彼此走向用W<X关系表示。当然，也容易想到两个套筒壁8、9的两个第一部分壁区11在加压侧以轴壁6的方向平行走向，然后这能用关系W=X表示。在反压侧GDS，另一方面，两个第二部分壁区12在反压侧以轴壁7的方向朝向彼此走向，从而，在此情况下，能实现稳定性提高。图3的活塞1的局部图B-B基本对应于图2的局部图B-B，其中两个纵向中心轴线18、19也在位于活塞1内部的交点15’处彼此相交。
然而，所有的实施方式共同具有两个部分壁区11，12的两个纵向中心轴线13、14的交点15位于活塞1外部的特点。
因此，两个套筒壁8、9的相对于彼此交错布置的部分壁区11、12能以关系D<C和W<X节省重量，并能以关系D>C和W>X提高稳定性。此外，在关系D<C和W<X中，对于注射喷嘴的布置可实现提高的灵活性。当然，通常还容易想到布置第一部分壁区11和第二部分壁区12，从而相对于销毂10的轴线20的正交线是凸起的，其中，在此情况下，然后相对于第三部分壁区16和第四部分壁区17，将适用关系Z<Y和A<B。这将能提高加压侧轴壁6以及相连的第一部分壁区11和第三部分壁区16的区域中的稳定性，以及除了在第二部分壁区12的区域中之外，还能提高在反压侧的轴壁7的区域中的稳定性，然而第四部分壁区17的区域中的轴壁7经历稳定性提高，但只有注射喷嘴的改善的更灵活的布置。
对于根据图1的活塞1，适用：
毂连接处的第四部分壁区17具有比轴连接处小的彼此间的距离A<B；
毂连接处的第二部分壁区12具有比轴连接处小的彼此间的距离D<C；
布置位于第一部分壁区11的毂的最低点（boss nadir）高度的纵向中心线13为相对于第二部分壁区12的纵向中心线14交错；
第二部分壁区11、12的两个纵向中心线13、14在活塞1外部彼此相交。
对于根据图2的活塞1，适用：
毂连接处的第四部分壁区17具有比轴连接处小的彼此间的距离A>B；
毂连接处的第二部分壁区12具有比轴连接处小的彼此间的距离D<C；
布置位于第一部分壁区11的毂的最低点（boss nadir）高度的纵向中心线13为相对于第二部分壁区12的纵向中心线14交错；
第二部分壁区11、12的两个纵向中心线13、14在活塞1外部彼此相交。
对于根据图3的活塞1，适用：
毂连接处的第四部分壁区17具有比轴连接处大的彼此间的距离A>B；
毂连接处的第二部分壁区12具有比轴连接处大的彼此间的距离D>C；
布置位于第一部分壁区11的毂的最低点高度的纵向中心线13为相对于第二部分壁区12的纵向中心线14交错；
第二部分壁区11、12的两个纵向中心线13、14在活塞1外部彼此相交。
在此，毂的最低点应被理解为是指销毂10的底点，该底点位于销毂10的顶点和中纬线下方。
Claims (13)
1.一种用于内燃机的活塞（1），所述活塞（1）具有活塞头（2）和邻接在所述活塞头（2）上的活塞轴（3），所述活塞轴（3）具有布置在加压侧（DS）和反压侧（GDS）上的两个轴壁（6,7），连接这些轴壁（6,7）的两个套筒壁（8,9），其中销毂（10）布置在所述套筒壁（8,9）中；
其特征在于，
在所述销毂（10）和所述活塞头（2）之间的区域中，每个套筒壁（8,9）具有两个部分壁区（11,12），在所述两个部分壁区（11,12）中，第一部分壁区（11）在加压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（6）之间走向，且第二部分壁区（12）在反压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（7）之间走向；
布置所述第一部分壁区（11）的纵向中心线（13）为相对于所述第二部分壁区（12）的纵向中心线（14）交错；
所述第二部分壁区（11,12）的两个纵向中心线（13,14）在所述活塞（1）外部彼此相交。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，
布置在所述加压侧（DS）上的轴壁（6）在所述活塞（1）的***方向上比布置在所述反压侧（GDS）上的轴壁（7）短。
3.根据权利要求1或2所述的活塞，其特征在于，
在所述销毂（10）下方的区域中，每个套筒壁（8,9）具有第三部分壁区和第四部分壁区（16,17），在所述第三部分壁区和第四部分壁区（16,17）中，所述第三部分壁区（16）在加压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（6）之间走向，且所述第四部分壁区（17）在反压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（7）之间走向；
位于所述活塞（1）内部的所述第三部分壁区（16）的纵向中心线（18）与所述第四部分壁区（17）的纵向中心线（19）相交。
4.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，
所述第一部分壁区和所述第二部分壁区(11,12)具有比所述套筒壁(8,9)的所述第三部分壁区和所述第四部分壁区(16,17)大的壁厚。
5.根据权利要求1至4中一项所述的活塞，其特征在于，
所述销毂（10）和所述活塞头（2）之间两个套筒壁(8,9)相对于彼此的距离小于所述销毂（10）下方的套筒壁(8,9)的距离。
6.根据权利要求1至5中一项所述的活塞，其特征在于，
所述两个套筒壁(8,9)的对应的第一部分壁区（11）在加压侧以所述轴壁（6）的方向朝向彼此走向。
7.根据权利要求1至6中一项所述的活塞，其特征在于，
所述两个套筒壁(8,9)的对应的第二部分壁区（12）在反压侧以所述轴壁（7）的方向远离彼此走向；或
所述两个套筒壁(8,9)的对应的第二部分壁区（12）在反压侧以所述轴壁（7）的方向朝向彼此走向；或
所述两个套筒壁(8,9)的对应的第二部分壁区（12）布置为彼此平行。
8.根据权利要求1至5中一项所述的活塞，其特征在于，
所述两个套筒壁(8,9)的对应的第一部分壁区（11）在加压侧以所述轴壁（6）的方向远离彼此走向；
所述两个套筒壁(8,9)的对应的第二部分壁区（12）在反压侧以所述轴壁（7）的方向朝向彼此走向。
9.根据权利要求3至8中一项所述的活塞，其特征在于，
布置所述第三部分壁区和所述第四部分壁区(16,17)，以相对于所述销毂（10）的轴线（20）的正交线为凸起的。
10.根据权利要求9所述的活塞，其特征在于，
所述第四部分壁区（17）在反压侧以所述轴壁（7）的方向远离彼此走向；或
所述第三部分壁区和所述第四部分壁区(16,17)在加压侧以所述轴壁（6）的方向以及在反压侧以所述轴壁（7）的方向朝向彼此走向。
11.用于内燃机的活塞（1），所述活塞（1）具有活塞头（2）和邻接在所述活塞头（2）上的活塞轴（3），所述活塞轴（3）具有布置在加压侧（DS）和反压侧（GDS）上的两个轴壁（6,7），和连接这些轴壁（6,7）的两个套筒壁（8,9），其中销毂（10）布置在所述套筒壁（8,9）中；其中，每个套筒壁（8,9）在所述销毂（10）和所述活塞头（2）之间的区域中具有两个部分壁区(11,12)，在所述两个部分壁区(11,12)中，第一部分壁区（11）在加压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（6）之间走向，第二部分壁区（12）在反压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（7）之间走向；且其中，在所述销毂（10）下方的区域中，每个套筒壁（8,9）具有第三部分壁区和第四部分壁区(16,17)，在所述第三部分壁区和第四部分壁区(16,17)中，所述第三部分壁区（16）在加压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（6）之间走向，所述第四部分壁区（17）在反压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（7）之间走向；
其特征在于，
第四部分壁区17在毂连接处具有比在轴连接处小的彼此间的距离（A<B）；
第二部分壁区（12）在毂连接处具有比在轴连接处小的彼此间的距离（D<C）；
布置位于所述第一部分壁区（11）的毂的最低点高度的纵向中心线（13）为相对于所述第二部分壁区（12）的纵向中心线（14）交错；
所述第二部分壁区（11,12）的两个纵向中心线（13,14）在所述活塞（1）外部彼此相交。
12.用于内燃机的活塞（1），所述活塞（1）具有活塞头（2）和邻接在所述活塞头（2）上的活塞轴（3），所述活塞轴（3）具有布置在加压侧（DS）和反压侧（GDS）上的两个轴壁（6,7），和连接这些轴壁的两个套筒壁（8,9），其中销毂（10）布置在所述套筒壁（8,9）中；其中，每个套筒壁（8,9）在所述销毂（10）和所述活塞头（2）之间的区域中具有两个部分壁区(11,12)，在所述两个部分壁区(11,12)中，第一部分壁区（11）在加压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（6）之间走向，且二部分壁区（12）在反压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（7）之间走向；且其中，在所述销毂（10）下方的区域中，每个套筒壁（8,9）具有第三部分壁区和第四部分壁区(16,17)，在所述第三部分壁区和第四部分壁区(16,17)中，所述第三部分壁区（16）在加压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（6）之间走向，所述第四部分壁区（17）在反压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（7）之间走向；
其特征在于，
所述第四部分壁区（17）在毂连接处具有比在轴连接处大的彼此间的距离（A>B）；
第二部分壁区（12）在毂连接处具有比在轴连接处小的彼此间的距离（D<C）；
布置位于所述第一部分壁区（11）的毂的最低点高度的纵向中心线（13）为相对于所述第二部分壁区（12）的纵向中心线（14）交错；
所述第二部分壁区（11,12）的两个纵向中心线（13,14）在所述活塞（1）外部彼此相交。
13.用于内燃机的活塞（1），所述活塞（1）具有活塞头（2）和邻接在所述活塞头（2）上的活塞轴（3），所述活塞轴（3）具有布置在加压侧（DS）和反压侧（GDS）上的两个轴壁（6,7），和连接这些轴壁（6,7）的两个套筒壁（8,9），其中销毂（10）布置在所述套筒壁（8,9）中；其中，每个套筒壁（8,9）在所述销毂（10）和所述活塞头（2）之间的区域中具有两个部分壁区(11,12)，在所述两个部分壁区(11,12)中，第一部分壁区（11）在加压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（6）之间走向，第二部分壁区（12）在反压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（7）之间走向；且其中，在所述销毂（10）下方的区域中，每个套筒壁（8,9）具有第三部分壁区和第四部分壁区(16,17)，在所述第三部分壁区和第四部分壁区(16,17)中，所述第三部分壁区（16）在加压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（6）之间走向，所述第四部分壁区（17）在反压侧的所述销毂（10）和所述轴壁（7）之间走向；
其特征在于，
所述第四部分壁区（17）在毂连接处具有比在轴连接处大的彼此间的距离（A>B）；
所述第二部分壁区（12）在毂连接处具有比在轴连接处大的彼此间的距离（D>C）；
布置位于所述第一部分壁区（11）的毂的最低点高度的纵向中心线（13）为相对于所述第二部分壁区（12）的纵向中心线（14）交错；
所述第二部分壁区（11,12）的两个纵向中心线（13,14）在所述活塞（1）外部彼此相交。
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