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)火后會進(jìn)行相應(yīng)地平移運(yùn)動，并且通過活塞銷和連桿將動能傳遞給機(jī)軸。為了滿足實(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，設(shè)置有銷轂，并且在垂直于銷轂的平面上通常設(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)、銷轂以及軸壁，通常通過所謂的連接壁或側(cè)壁而連接起來，所述連接壁或側(cè)壁在軸壁之間延伸，分別容置銷轂，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的中部之間的距離，這是因?yàn)檫@樣一來就可減小重量。然而，這是與滿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)通過采取多種措施試圖來保持較低的壓縮高度和重量。例如，根據(jù)DE 102009032861A1的活塞，是通過在連接壁上設(shè)置大型“窗體”的手段來實(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，同時對于活塞必須滿足的強(qiáng)度要求也有所改善。
[0006]該目的通過權(quán)利要求1所述的活塞來實(shí)現(xiàn)。
[0007]因此，與通常為圓柱形的銷轂不同的是，該活塞具有大體上對應(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相對的支撐表面之間的距離的一半的10%的(徑向)深度。兩個相對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的半徑，因此在活塞銷的徑向方向上測得的凹部的深度大小為正常的活塞銷尺寸所具有的毫米量級。換言之，這會在先前設(shè)置有銷轂的區(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)相對的下部區(qū)域在活塞軸線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)力幅值通過有限元來確定，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平面內(nèi)的底部上也減小了 5 %到10 %的量級大小。
[0008]此外，可形成用于環(huán)部的固定凹槽，以將活塞銷僅固定到所描述的支撐表面的區(qū)域內(nèi)，并且已證明通過這種方式可保證對活塞有足夠的固定。
[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，所描述的結(jié)構(gòu)，即支柱、肋部和/或環(huán)部，例如可通過適當(dāng)?shù)拿撃Ｐ逼聛沓尚危员惚ＷC脫模。然而，通過鍛造來生產(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，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)域中可比它們在正常的“下部”區(qū)域中更寬。然而，在某些應(yīng)用中，軸壁也可顛倒過來設(shè)計(jì)，即，它們在正常的延伸部中可比它們在與活塞環(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。
[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，如果其在活塞銷的周向方向上比對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的對面的一側(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)壁由兩個典型地對稱的支柱所代替，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)會聚的話，那么對于剛度而言則是有益的。換言之，從活塞銷軸線的方向上看，通常位于兩側(cè)的兩個支柱在朝向活塞環(huán)區(qū)方向上朝向彼此傾斜。這樣一來可以保證活塞環(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)置有開篇時所描述的功能區(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)相對的一端，并且將軸壁、位于與環(huán)形場間隔開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)部優(yōu)選地制成盡可能地窄，尤其是橢圓形的，因?yàn)檫@樣一來可進(jìn)一步減小重量，并且還可保證連桿和其移動所需的最小的游隙。
[0018]為了保證支柱的剛度，此時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，通過這些肋部，所述交叉部分處的應(yīng)力也會減小。
【附圖說明】
[0019]下面將對本發(fā)明的一個實(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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