CN107100755A - 内燃机的活塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机(2)的活塞(1)，具有活塞上部(3)和活塞下部(4)，具有活塞销，其安装在所述活塞下部(4)中并且用于将活塞(1)连接至内燃机(2)的连接杆(5)，具有内冷却室(7)，其形成在活塞上部(3)与活塞下部(4)之间，用于冷却对活塞(1)进行冷却的油，具有滑履(10)，其以可移动的方式安装在活塞下部(4)中并且通过抵靠连接杆(5)的连接杆头(6)的弹簧元件(11)被压缩，并且用于将冷却油传递到内冷却室(7)中，其中，在滑履(10)与活塞下部(4)之间设置有用于滑履(10)的引导表面(13)。在此，对本发明必要的是：引导表面(13)形成在布置于滑履(10)与活塞下部(4)之间的套筒(14)上，使得弹簧元件(11)围绕引导表面(13)。

Description

内燃机的活塞

技术领域

根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种内燃机的活塞，其具有活塞上部，并且具有连接至所述活塞上部的活塞下部。本发明还涉及一种用于所述类型的活塞的预制的滑履(slide shoe)单元，并且涉及具有至少一个所述类型的活塞的内燃机。

背景技术

特别是在用于工业应用(例如在船用发动机中)的较大的活塞的情况下，油的供应可以通过所谓的滑履实现。通常，这样的活塞具有布置在燃烧凹陷下方且在径向居中区域中的内冷却室。在径向外侧，还设置有以已知方式形成且通过传递开口连接至内冷却室的冷却管道。在此，油的供应经由形成在连接杆中的通道开口/孔进行，其中冷却油经由漏斗形套筒被供给至冷却室。

DE102012208090A1已经公开了一种普遍的内燃机的活塞，其具有活塞上部并具有活塞下部，而且具有安装在活塞下部中并用于活塞与内燃机的连接杆的连接的活塞销。还设置有滑履，其以可移动的方式安装在活塞下部中并且通过抵靠连接杆的连接杆头的弹簧元件被按压，且所述滑履用于冷却油的传递，所述冷却油通过连接杆中的通道开口/孔被运送到形成在活塞上部与活塞下部之间的内冷却室中。在此，用于所述滑履的引导表面设置在滑履与活塞下部之间。

为了确保连接杆与位于连接杆上的滑履之间的密封作用，所述滑履通过上述抵靠连接杆的连接杆头的弹簧元件被按压。由于滑动表面形成在滑履与活塞下部之间，所以首先需要确保特别好地机加工的引导表面，并且第二确保考虑到长期运转后可能导致的磨损程度，在最差的情况下，确保考虑到活塞下部或滑履的引导表面的失效。

本发明因此关于如下问题：为普遍类型的活塞指定一种尤其呈现出增加的维护便利性的改进的、或者至少替代的实施例。

发明内容

根据本发明，所述问题通过独立权利要求的主题解决。有益的实施例为从属权利要求的主题。

本发明基于如下的主要构思：滑履与活塞的活塞下部之间的引导表面不再直接布置在活塞下部的滑履与活塞下部之间的位置，而是通过套筒布置在所述两个部件之间，并且引导表面设置在所述套筒的内壳表面上，这样，在引导表面磨损的情况下，不需要更换整个活塞，而是只更换套筒或滑履。由于引导表面本身从活塞下部到套筒的重新定位的结果，活塞下部不再经受磨损，凭此所述活塞下部展现出明显更长的使用寿命，其中，同时，由于引导表面重新定位到套筒上的结果，根据本发明的活塞的维护以及配备有所述类型的活塞的内燃机的维护被明显简化。用于滑履的引导表面在该情况下沿轴向形成。内燃机的根据本发明的活塞在该情况下如传统的那样具有所述活塞上部和所述活塞下部等，以及安装在活塞下部并且用于将活塞连接至内燃机的连接杆的活塞销。在此，用于冷却对活塞进行冷却的油的内冷却室形成在活塞上部和活塞下部之间，其中可移动地安装的滑履设置在活塞下部，所述滑履通过抵靠连接杆的连接杆头的弹簧元件被压缩，并且用于冷却油的运输，所述冷却油通过连接杆中的孔被导入到内冷却室中。在此，根据本发明，用于滑履的引导表面形成在滑履与活塞下部之间，特别是形成在布置于那里的套筒上。在此，弹簧元件围绕引导表面。通过根据本发明的活塞以及根据本发明的滑履，对于受磨损困扰的引导表面第一次能够被从活塞重新定位至套筒，凭此，在磨损的情况下，只需要更换套筒或滑履单元，而不是整个活塞。

在根据本发明的技术方案的有益改进中，滑履的引导表面沿径向位于弹簧元件内，凭此，特别地，滑履单元的结构高度能够被减小，结果，能够制成具有相对小的压缩高度的活塞设计。

在根据本发明的技术方案的有益的改进中，套筒具有内套筒和特别与所述内套筒一体形成的外套筒，其中引导表面布置在内套筒的内壳表面上。弹簧元件本身在该情况下布置在内套筒与外套筒之间，并且因此以保护方式处于内套筒与外套筒之间。由于外壳表面的外套筒不与活塞下部摩擦，所以在此不发生磨损，使得活塞无论是否处于此位置都不经受任何摩擦磨损。在此，套筒也可以形成为一体件，也就是说由彼此不可分离地连接的多个部件形成，或者可以由多个部件形成。

在根据本发明的技术方案的进一步有益的实施例中，套筒通过固定元件固定至滑履，特别是通过固定环，其中套筒、弹簧元件、滑履以及固定元件形成可预制的，特别甚至是已预制的单元。这提供了包括所述部件的单元能够被整体地分别地预制并且能够以已经压缩的状态***(也就是说通过弹簧元件压入到组装的活塞中)的特别的益处。由此，能够安装具有软的弹簧常数的相对长的弹簧元件，这转而减小了滑履单元的结构结构高度，并且同时使得能够实现具有小压缩高度的活塞设计。这也导致相对低的活塞质量，这特别是对于配备有其的内燃机的经济性是特别重要的。另一方面，对于未改变的压缩高度，对于燃烧凹陷而言能够制造得更深，凭此能够实现更大的能量密度。弹簧元件的软的弹簧常数还获得能够容易地遵守力公差的益处。通过套筒、弹簧元件、滑履以及固定元件结合到预制的单元中，因为对于活塞中的安装不需要额外的组装装置，所以还得到组装优势。

在根据本发明的技术方案的进一步有益的实施例中，活塞下部具有带有沿径向向内突出的接口的圆筒状容器，其中套筒以自锁方式接纳在所述圆筒状容器中并且当轴向抵接时靠在接口上。以这种方式，活塞中的滑履单元的特别简单的组装是可能的，因为所述滑履单元仅仅需要从活塞销单元的方向***到相关的圆筒状容器中，直到通过径向台阶靠在圆筒状容器的沿径向向内突出的接口上。在该状态下，套筒通过轴向突起穿过圆筒状容器而接合并且通过固定元件，特别是通过固定环能够被容易地固定在沿径向向内突出的接口的相反侧。以这种方式，滑履单元在活塞下部中的特别简单的组装是可能的。

本发明还基于如下的主要构思：针对上述的活塞指定一种预制的滑履单元，其具有套筒、具有弹簧元件、具有滑履并且具有固定元件。以这种方式预制的滑履单元能够容易地储备为磨损替代品，并且以根据磨损的方式安装。以这种方式，在引导表面磨损的情况下能够特别避免活塞的完全更换，并且因此明显地降低了维护成本。

本发明的进一步重要的特征和益处将从从属权利要求、附图以及基于附图的附图相关描述中显现。

不言而喻，在不偏离本发明的范围的情况下，上述特征以及那些留待在下文中讨论的特征不仅能够用在分别指定的结合中使用，而且还能够用在其他结合中或者单独使用。

附图说明

本发明的优选示例性的实施例示出在附图中并且在将下面的描述中更加详细地说明，其中相同的附图标记用于指示相同或相似或功能上等同的部件。

在附图中，在每种情况下示意性地：

图1为穿过根据本发明的活塞的截面图，

图2为穿过根据本发明的滑履单元的截面图，

图3为穿过根据本发明的另一实施例中的活塞的截面图。

具体实施方式

对应于图1和图3，内燃机2的根据本发明的活塞1具有活塞上部3和活塞下部4。在活塞下部4中安装有用于将活塞1连接至连接杆5的活塞销(未示出)。通过连接杆5，活塞1在驱动方面以已知的方式连接至内燃机2的曲柄轴(同样未示出)。而且，在活塞上部3与活塞下部4之间，布置有用于使冷却活塞1的冷却油冷却的内冷却室7，所述内冷却室通过至少一个传递开口8流体地连接至形成在活塞上部3与活塞下部4之间的外冷却室9。而且，在活塞下部4中，可移动地安装有滑履10(同样参见图2)，其通过抵靠连接杆5的连接杆头的弹簧元件11而被预加负荷并且用于冷却油的传递，所述冷却油例如通过连接杆5中的通道开口6被导入到内冷却室7中。在示出的情况中，弹簧元件11为盘簧的形式。在此，滑履10用作获取冷却油的漏斗，并且通过弹簧元件11被抵靠连接杆5的连接杆头的滑动表面12以滑动方式施力。为了其能够由于连接杆头的枢转而连带地进行轴向移动，滑履10以沿轴向可移动的方式通过布置在所述滑履与活塞下部4之间的引导表面13被引导。根据本发明，所述引导表面13现在并非像已经从现有技术已知的那样直接布置在活塞下部4上，而是布置在套筒14上，更具体地，甚至布置在套筒14的内套筒15的内壳表面上，使得引导表面13的磨损不会导致活塞下部4的直接磨损，并且因此在磨损的情况下不会导致活塞1的更换，而是在磨损的情况下只需要更换套筒14或滑履单元16(参见图2)，凭此能够显著降低维护成本。在此，引导表面13还沿径向布置在弹簧元件11内，并且不像已经从现有技术已知的那样沿径向布置在所述弹簧元件外侧，凭此能够特别降低滑履单元16的结构高度，并且其结果是，实现了具有较小压缩高度的活塞设计。

更详细地考虑套筒14，能够看出其具有上述的内套筒15和特别与所述内套筒15一体形成的外套筒17，其中引导表面13布置在内套筒15的内壳表面上。不言而喻，对于内套筒15也能够为分离部件的形式，使得在该情况下套筒14将会为多部分形式。内套筒15和外套筒17在该情况下一起形成环形容器18，弹簧元件11布置在所述环形容器18中。弹簧元件11在该情况下支撑在环形容器18的基体的一侧，也就是说布置在套筒14上，并且支撑在滑履10的另一侧，特别是在所述滑履的径向台阶19上。在此，为了能够使径向台阶19的磨损最小化，对于磨损保护涂层20或者轴承环21(参见图2)能够施加至所述径向台阶，使得弹簧元件11位于磨损保护涂层20或轴承环21上。

套筒14通过固定元件22(例如***到滑履10的圆筒部上的对应的沟槽中的固定环)而固定至滑履10。

在此，滑履单元16的组装进行如下：首先，例如壳体的情况，将弹簧元件11***到套筒14的环形容器18中，并且随后使滑履10通过其圆筒部分滑过套筒14的中心开口直到其再次在另一侧露出。随后，将固定元件22***到布置在露出部分的沟槽中，然后已经预制出由滑履10、弹簧元件11、套筒14以及固定元件22组装的滑履单元16。在组装过程之前，不言而喻，如果需要，能够装配轴承环21。

在此，滑履单元16在活塞1中的组装进行如下：首先，将预制的滑履单元16在内冷却室7的方向上滑动到活塞下部4的圆筒状容器24中，其中圆筒状容器23具有沿径向向内突出的接头24，并且其中套筒14以自锁的方式接纳在圆筒状容器23中并且当轴向抵接时靠在接头24上。在该情况下，套筒14通过轴向突起25穿过容器23的中心开口而接合，使得另一个固定元件22'能够滑动到布置在轴向突起25中的沟槽中。在该情况下，现在的情况是沿径向向内突出的接口24被夹紧在一侧的固定元件22'与另一侧的径向台阶19'之间。

根据图3考虑活塞1，其中能够识别能够从下方整体安装到活塞1中的滑履单元16，也就是说还特别在活塞上部3连接至活塞下部4之后。在此，滑履单元16通过同样从下方可释放和***的固定环22”而固定在活塞下部4中。这特别提供了滑履单元16也能够整体从下方替换而无需从活塞上部3拆卸活塞下部4的益处。在该实施例中，径向台阶19'已经向下重新定位。根据图3的活塞1还具有低重量的益处，因为圆筒状容器23为非常小的形式。在此，所有实施例具有弹簧元件11围绕引导表面13的共同的事实。

在内燃机2的运转期间，滑履10的沿着引导表面13的轴向移动现在由于连接杆5的移动以及因此产生的连接杆头的移动而发生，其中相对运动以及因此产生的磨损不再发生在套筒14与活塞下部4之间。磨损依然至多只在现在具有重新定位到内套筒15的内壳表面上的引导表面13上发生，其中，在磨损的情况下，对于套筒14或整个滑履单元16能够容易地更换，这在关于活塞或活塞下部的更换的维护方面是明显花费更少且更容易的。

由于可预制或已预制的滑履单元16，后者能够通过已经压入到活塞1中的弹簧元件11安装，其中能够安装具有软的弹簧常数的相对长的弹簧元件11，这转而减小了滑履单元16的结构高度，并且同时使得能够实现具有小的压缩高度以及因此还具有低的活塞质量的活塞设计。另一方面，对于为改变的压缩高度，例如，对于燃烧凹陷26将会能够被制造得更深，凭此能够实现更大的能量密度。相对软的弹簧特性曲线或弹簧常数还产生能够容易地遵守力公差的益处。由于预制的滑履单元16，同样是对于安装过程不需要进一步的组装装置。

在限制空间条件的情况下，根据本发明的滑履10的结构连同滑履单元16允许具有软的弹簧特性曲线的弹簧元件11的使用，凭此能够实现连接杆头与弹簧元件11的径向阶梯19的位置之间的不太严格的尺寸公差。弹簧元件11的力由其被预压的长度确定。由于，在本发明的情况下，相比于现有技术具有相对低的弹簧常数的相对长的未压缩的弹簧元件11能够被用于同样的操作力(相对软的弹簧特性曲线)，在波动的压缩弹簧长度(由于由具有相应的制造公差的活塞下部4、滑履10以及连接杆5的形成引起的波动)的情况下产生的减小的力波动。这样的益处是，如上所述，相对粗糙的制造公差或非常相似的条件遍及内燃机2的全部活塞1。

根据本发明的套筒的进一步的益处为其双套筒形结构，在其情况下套筒17被固定并且因此固定至活塞下部4，并因此不经受磨损。通常，外套筒17还可以是一体的、不能分割的或者多部分的形式。

Claims (12)

1.一种内燃机(2)的活塞(1)，

-具有活塞上部(3)，活塞下部(4)以及连接杆(5)，

-具有内冷却室(7)，其形成在所述活塞上部(3)与所述活塞下部(4)之间，用于冷却对所述活塞(1)进行冷却的油，

-具有滑履(10)，其以可移动的方式安装在所述活塞下部(4)中，并且通过抵靠所述连接杆(5)的连接杆头(6)的弹簧元件(11)被压缩，并且用于将冷却油传递到所述内冷却室(7)中，其中，在所述滑履(10)与所述活塞下部(4)之间设置有用于滑履(10)的引导表面(13)，

其特征在于

-所述引导表面(13)形成在布置于所述滑履(10)与所述活塞下部(4)之间的套筒(14)上，

-所述套筒(14)具有内套筒(15)和与所述内套筒一体形成的外套筒(17)，其中所述引导表面(13)形成在所述内套筒(15)的内壳表面上。

2.根据权利要求1所述的活塞，

其特征在于，

所述弹簧元件(11)布置在所述内套筒(15)与所述外套筒(17)之间。

3.根据前面权利要求中的一项所述的活塞，

其特征在于，

所述弹簧元件(11)在一侧支撑在所述套筒(14)上并且在另一侧支撑在所述滑履(10)上。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的活塞，

其特征在于，

-所述套筒(14)通过固定元件(22)，特别是通过固定环固定至所述滑履(10)，和/或

-所述套筒(14)通过固定元件(22')，特别是通过固定环固定至所述活塞下部(4)。

5.根据权利要求4所述的活塞，

其特征在于，

所述套筒(14)，所述弹簧元件(11)，所述滑履(10)以及所述固定元件(22)形成预制的滑履单元(16)。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的活塞，

其特征在于，

所述活塞下部(4)具有带有沿径向向内突出的接口(24)的圆筒状容器(23)，其中所述套筒(14)以自锁的方式接纳在所述圆筒状容器(23)中并且当轴向抵接时靠在所述接口(24)上。

7.根据权利要求1至6中的一项所述的活塞，

其特征在于，

所述引导表面(13)沿径向布置在所述弹簧元件(11)内。

8.根据前面权利要求中的一项所述的活塞(1)的预制的滑履单元(16)，

具有套筒(14)，具有弹簧元件(11)，具有滑履(10)并且具有固定元件(22)。

9.根据权利要求8所述的滑履单元，

其特征在于，

所述套筒(14)具有内套筒(15)和外套筒(17)，其中所述引导表面(13)布置在所述内套筒(15)的内壳表面上。

10.根据权利要求9所述的滑履单元，

其特征在于，

所述弹簧元件(11)布置在所述内套筒(15)与所述外套筒(17)之间。

11.根据权利要求8至10中的一项所述的滑履单元，

其特征在于，

弹簧元件(11)在一侧支撑在所述套筒(14)上并且在另一侧支撑在所述滑履(10)上。

12.一种内燃机(2)，具有至少一个根据权利要求1至8中的一项所述的活塞(1)以及至少一个根据权利要求8至11中的一项所述的滑履单元(16)。