具有活塞环槽特别是压缩槽的活塞的制作方法
具有活塞环槽特别是压缩槽的活塞的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于内燃机的活塞的外周面上的活塞环槽，特别涉及压缩槽。
【背景技术】
[0002]根据当代的增加的功率密度，经常增加内燃机的负荷，活塞经受非常高且剧烈的波动的温度和压力负荷。同样的波动的温度和压力负荷施加至活塞环，这首先必须确保足够的热从活塞流动至相应的(冷却的)气缸并且第二必须确保活塞圆周与气缸之间的间隙的良好密封。所谓的压缩环，其靠近活塞顶而布置并因此靠近发动机的燃烧室，经受特别剧烈的负荷。通过活塞环的弹性支撑，压缩环与气缸壁的接触压力只是相对小程度地产生;先通过燃烧室中普遍存在的气体压力将压缩环压在气缸壁上。所述气体压力首先具有如下效果:在位于活塞圆周上的接纳有压缩环的环槽内，所述压缩环沿轴向被顶着下槽侧面(远离活塞顶)而施力，并且第二，在环槽中起作用的气体压力作用在活塞环的内圆周上，以便通过活塞环的外圆周顶着气缸壁的方式所述活塞环承受相对高的压力。
[0003]通常，内燃机的活塞具有两个压缩环，其中更远离活塞顶的第二压缩环特别意在防止或者最小化所谓的燃烧气体的在发动机的曲柄箱体的方向上的漏气。
[0004]用作接纳活塞环的活塞上的包围环槽在活塞本体的外圆周上构成不可避免的凹口，以及由此而来的活塞本体的不可避免的结构缺陷。因此，需要寻找在活塞的结构强度方面优化的环槽的形状。在此，然而，由于环槽的形状在活塞环的功能上还具有反响，所述活塞环根据上述内容先通过活塞工作室中普遍存在的气体压力被压在气缸壁上，所以只存在有限的设计自由度。在此，为了相应的活塞环的密封动作，重要的是向活塞环的内圆周的压力传递尽可能地不具有延迟。
【发明内容】
[0005]现在本发明的目的是为活塞的环槽提供优化的结构，通过该结构确保了活塞的良好的结构强度，并且提供了用于向活塞环的气体压力传递的优化的足够的设计自由度。
[0006]为了这个目的，根据本发明提供了至少一个活塞环槽的槽基座，优选为最上方的最接近活塞顶的活塞环槽，所述槽基座以相对大的曲率半径转换为下侧面(远离活塞顶)并以相对小的曲率半径转换为环槽的上侧面(位于活塞顶侧处)。
[0007]本发明从而基于如下的主要构思:在一个或多个活塞环槽的情况下，优选至少在用作接纳第一压缩环的最高负荷的活塞环槽的情况下，槽侧面上的不同的动态负荷被考虑到环槽的形状中。在由气体压力引起的或由作用有气体压力的活塞环引起的膨胀冲程期间，经受特别剧烈的负荷的下槽侧面以相对大的曲率半径转换为槽基座，以便防止在转换处形成裂缝。相比之下，在相当少的高负荷的情况下，上槽侧面向槽基座的转换处的小曲率半径是容易地能够实现的。
[0008]在本发明的特别优选的实施例中，设置为:具有大的曲率半径的区域延伸跨过环槽的中央平面，所述中央平面在槽侧面之间在中央地延伸并且相对于活塞轴在径向上延伸。因此，对于槽基座有益地能够在大的曲率半径的区域和小的曲率半径的区域之间具有圆锥形区域，所述圆锥形区域相对于活塞轴倾斜并且在上槽侧面的方向上变宽。
[0009]在优选的实施例中，上槽侧面和下槽侧面为水平延伸的平面，也就是说是以锐角向活塞轴延伸的平面，其中邻接下槽侧面并且具有大的曲率半径的区域超过大于90度的角度，也就是说超过平行于活塞轴的方位。具有小的曲率半径、邻接上槽侧面的区域优选超过小于90度的角度，其中在两个圆形的区域之间优选存在在活塞顶的方向上变宽的圆锥形部，以便槽深度朝向活塞顶减小。以这种方式，在优选近似以相等的槽深度的每种情况下圆形能够邻接上槽侧面和下槽侧面，就像关于活塞圆周活塞环所要求的那样，其中在槽基座上的圆锥形表面具有完全或部分地补偿不同的曲率半径的效果。这种设计使得能够实现活塞环后面的小的固定容积，以及由此带来的低的未燃烧的碳氢化合物的排放，而不需要将活塞环推到槽基座的两个圆形中的一个中。
[0010]槽侧面、半径以及槽基座优选均以连续光功率的方式彼此转换，凭此防止了应力峰值的产生。
[0011]这种环槽的定形提供了如下益处:只有相对小的自由空间沿径向在活塞环的内圆周内保持在槽基座和活塞环之间。这促进了由气体压力引起的活塞环的内圆周上的压力的无延迟应用。而且，环后面的固定容积被减小，在所述环中能够收集未燃烧的混合物残渣。以这种方式，减少了碳氢化合物的不期望的排放。
[0012]关于定尺寸，有选设置为:在相对大的曲率半径的情况下，其尺寸首先大于槽宽度的尺寸的四分之一，并且第二小于槽宽度的尺寸的三分之一。
[0013]另外，关于本发明的优选的特征，对权利要求和附图的如下讨论进行了参考，在此基础上更具体地描述本发明的特别优选的实施例。
[0014]不言而喻，不仅在分别图示出的与其它特征的结合中，而且在单独的特征中，图示出的特征对本发明可以是必要的。
【附图说明】
[0015]在附图中:
[0016]图1示出了活塞的接近其活塞顶的详细轴部以及内燃机的相关气缸的详细轴部；
[0017]图2为图1中的细节II的放大图示。
【具体实施方式】
[0018]在图1中，活塞2以可置换的方式布置在内燃机的气缸1中，内燃机的活塞基本上只被图示出了活塞顶的区域，通过这种方式，气缸内的活塞1将燃烧室区域B与曲柄箱体区域K分开。为了将燃烧室区域B相对于曲柄箱体区域K密封，在活塞圆周或者活塞裙上布置有至少一个接纳活塞环4的环槽3，其中，在图1中，只有最上方的用于所谓的压缩环4的环槽3被图示出。通常，内燃机的活塞具有两个压缩环以及与活塞顶更加间隔开的刮油环。
[0019]如特别能够从图2看出的，压缩环4具有在所结合的环槽3内的轴向间隙和径向间隙。在内燃机的运转期间，活塞环通过燃烧室B中的气体压力顶着图中的下槽侧面而被沿着轴向施力。而且，气体压力作用在活塞环4的内圆周上，结果其顶着气缸壁而承受相当剧烈的接触压力。
[0020]如特别能够从图2看出的，图中的下槽侧面3’(远离活塞顶)以相对大的曲率半径转换为槽基座3”。相比之下，槽基座3”与上槽侧面3” ’(位于活塞顶侧处)之间的转换具有相对小的曲率半径。具有大的曲率半径的区域延伸跨过活塞1的径向中央平面M，所述径向中央平面在槽侧面3’和3”’之间在中央延伸。邻接大的曲率半径的转换区域，槽基座3”具有在向上方向(也就是说朝向燃烧室B)上变宽的圆锥形区域，圆锥形区域随后以小的曲率半径转换为上槽侧面3” ’。
[0021]通过所述圆锥形区域，保持在活塞环4的内圆周与槽基座3”之间的自由空间以期望的方式被减小。这提供了如下益处:燃烧室B的气体压力基本上没有延迟地被传递至活塞环4的内圆周。
[0022]下槽侧面3，与槽基座3”之间的转换的曲率半径优选具有位于0.4b和0.6b之间的尺寸，其中b表示槽侧面3，和3”，彼此的间距。
[0023]参考名称列表:
[0024]1 气缸
[0025]2 活塞
[0026]3 环槽
[0027]3，，3”，槽侧面
[0028]3”槽基座
[0029]4活塞环，压缩环
[0030]B燃烧室
[0031]K曲柄箱体
[0032]Μ中央平面
[0033]b槽侧面彼此间的间距。
【主权项】
1.用于内燃机的活塞(2)，其具有活塞环槽(3)，特别是压缩槽，所述活塞环槽布置在活塞的外圆周上并且具有在活塞的轴向上彼此间隔的槽侧面(3’，3”’)并且具有在所述槽侧面之间延伸的槽基座(3” )， 其特征在于 所述槽基座(3”)以相对大的曲率半径转变为下槽侧面(3’)(远离活塞顶)，而以相对小的曲率半径转换为上槽侧面(3”’)(在活塞顶侧处)。2.如权利要求1所述的活塞(2)， 其特征在于 具有大的曲率半径的区域延伸跨过环槽(3)的中央平面(M)，所述中央平面在槽侧面(3’。3” ’)之间在中央地延伸，并且相对于活塞轴在径向上延伸。3.如权利要求1或2所述的活塞， 其特征在于 所述槽基座(3”)具有大的曲率半径的区域和小的曲率半径的区域之间的圆锥形区域，所述圆锥形区域相对于所述活塞轴倾斜并且在朝向所述上槽侧面(3” ’)的方向上变宽。4.如权利要求1至3中任一项所述的活塞(2)， 其特征在于 所述大的曲率半径具有大于所述槽侧面(3’，3”’)的彼此之间的间距(b)的三分之一的尺寸。5.如权利要求4所述的活塞(2)， 其特征在于 所述相对大的曲率半径具有位于0.4b和0.6b之间的尺寸，其中b表示所述槽侧面(3’，3”’)的彼此之间的间距。
【专利摘要】本发明涉及具有内燃机的活塞的外圆周上的活塞环槽，特别是压缩槽的活塞。所述槽包括：在相对的槽侧面之间延伸的槽底部，并且所述槽底部合并到具有大的曲率半径的下槽侧面(远离活塞底部)中，并且合并到具有小的曲率半径的上槽侧面(靠近活塞底部)中。
【IPC分类】F16J9/00
【公开号】CN105492805
【申请号】CN201480047611
【发明人】沃尔夫冈·伊斯莱尔
【申请人】马勒国际有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月18日
【公告号】DE102013219052A1, WO2015040126A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于内燃机的活塞的外周面上的活塞环槽，特别涉及压缩槽。
【背景技术】
[0002]根据当代的增加的功率密度，经常增加内燃机的负荷，活塞经受非常高且剧烈的波动的温度和压力负荷。同样的波动的温度和压力负荷施加至活塞环，这首先必须确保足够的热从活塞流动至相应的(冷却的)气缸并且第二必须确保活塞圆周与气缸之间的间隙的良好密封。所谓的压缩环，其靠近活塞顶而布置并因此靠近发动机的燃烧室，经受特别剧烈的负荷。通过活塞环的弹性支撑，压缩环与气缸壁的接触压力只是相对小程度地产生;先通过燃烧室中普遍存在的气体压力将压缩环压在气缸壁上。所述气体压力首先具有如下效果:在位于活塞圆周上的接纳有压缩环的环槽内，所述压缩环沿轴向被顶着下槽侧面(远离活塞顶)而施力，并且第二，在环槽中起作用的气体压力作用在活塞环的内圆周上，以便通过活塞环的外圆周顶着气缸壁的方式所述活塞环承受相对高的压力。
[0003]通常，内燃机的活塞具有两个压缩环，其中更远离活塞顶的第二压缩环特别意在防止或者最小化所谓的燃烧气体的在发动机的曲柄箱体的方向上的漏气。
[0004]用作接纳活塞环的活塞上的包围环槽在活塞本体的外圆周上构成不可避免的凹口，以及由此而来的活塞本体的不可避免的结构缺陷。因此，需要寻找在活塞的结构强度方面优化的环槽的形状。在此，然而，由于环槽的形状在活塞环的功能上还具有反响，所述活塞环根据上述内容先通过活塞工作室中普遍存在的气体压力被压在气缸壁上，所以只存在有限的设计自由度。在此，为了相应的活塞环的密封动作，重要的是向活塞环的内圆周的压力传递尽可能地不具有延迟。
【发明内容】
[0005]现在本发明的目的是为活塞的环槽提供优化的结构，通过该结构确保了活塞的良好的结构强度，并且提供了用于向活塞环的气体压力传递的优化的足够的设计自由度。
[0006]为了这个目的，根据本发明提供了至少一个活塞环槽的槽基座，优选为最上方的最接近活塞顶的活塞环槽，所述槽基座以相对大的曲率半径转换为下侧面(远离活塞顶)并以相对小的曲率半径转换为环槽的上侧面(位于活塞顶侧处)。
[0007]本发明从而基于如下的主要构思:在一个或多个活塞环槽的情况下，优选至少在用作接纳第一压缩环的最高负荷的活塞环槽的情况下，槽侧面上的不同的动态负荷被考虑到环槽的形状中。在由气体压力引起的或由作用有气体压力的活塞环引起的膨胀冲程期间，经受特别剧烈的负荷的下槽侧面以相对大的曲率半径转换为槽基座，以便防止在转换处形成裂缝。相比之下，在相当少的高负荷的情况下，上槽侧面向槽基座的转换处的小曲率半径是容易地能够实现的。
[0008]在本发明的特别优选的实施例中，设置为:具有大的曲率半径的区域延伸跨过环槽的中央平面，所述中央平面在槽侧面之间在中央地延伸并且相对于活塞轴在径向上延伸。因此，对于槽基座有益地能够在大的曲率半径的区域和小的曲率半径的区域之间具有圆锥形区域，所述圆锥形区域相对于活塞轴倾斜并且在上槽侧面的方向上变宽。
[0009]在优选的实施例中，上槽侧面和下槽侧面为水平延伸的平面，也就是说是以锐角向活塞轴延伸的平面，其中邻接下槽侧面并且具有大的曲率半径的区域超过大于90度的角度，也就是说超过平行于活塞轴的方位。具有小的曲率半径、邻接上槽侧面的区域优选超过小于90度的角度，其中在两个圆形的区域之间优选存在在活塞顶的方向上变宽的圆锥形部，以便槽深度朝向活塞顶减小。以这种方式，在优选近似以相等的槽深度的每种情况下圆形能够邻接上槽侧面和下槽侧面，就像关于活塞圆周活塞环所要求的那样，其中在槽基座上的圆锥形表面具有完全或部分地补偿不同的曲率半径的效果。这种设计使得能够实现活塞环后面的小的固定容积，以及由此带来的低的未燃烧的碳氢化合物的排放，而不需要将活塞环推到槽基座的两个圆形中的一个中。
[0010]槽侧面、半径以及槽基座优选均以连续光功率的方式彼此转换，凭此防止了应力峰值的产生。
[0011]这种环槽的定形提供了如下益处:只有相对小的自由空间沿径向在活塞环的内圆周内保持在槽基座和活塞环之间。这促进了由气体压力引起的活塞环的内圆周上的压力的无延迟应用。而且，环后面的固定容积被减小，在所述环中能够收集未燃烧的混合物残渣。以这种方式，减少了碳氢化合物的不期望的排放。
[0012]关于定尺寸，有选设置为:在相对大的曲率半径的情况下，其尺寸首先大于槽宽度的尺寸的四分之一，并且第二小于槽宽度的尺寸的三分之一。
[0013]另外，关于本发明的优选的特征，对权利要求和附图的如下讨论进行了参考，在此基础上更具体地描述本发明的特别优选的实施例。
[0014]不言而喻，不仅在分别图示出的与其它特征的结合中，而且在单独的特征中，图示出的特征对本发明可以是必要的。
【附图说明】
[0015]在附图中:
[0016]图1示出了活塞的接近其活塞顶的详细轴部以及内燃机的相关气缸的详细轴部；
[0017]图2为图1中的细节II的放大图示。
【具体实施方式】
[0018]在图1中，活塞2以可置换的方式布置在内燃机的气缸1中，内燃机的活塞基本上只被图示出了活塞顶的区域，通过这种方式，气缸内的活塞1将燃烧室区域B与曲柄箱体区域K分开。为了将燃烧室区域B相对于曲柄箱体区域K密封，在活塞圆周或者活塞裙上布置有至少一个接纳活塞环4的环槽3，其中，在图1中，只有最上方的用于所谓的压缩环4的环槽3被图示出。通常，内燃机的活塞具有两个压缩环以及与活塞顶更加间隔开的刮油环。
[0019]如特别能够从图2看出的，压缩环4具有在所结合的环槽3内的轴向间隙和径向间隙。在内燃机的运转期间，活塞环通过燃烧室B中的气体压力顶着图中的下槽侧面而被沿着轴向施力。而且，气体压力作用在活塞环4的内圆周上，结果其顶着气缸壁而承受相当剧烈的接触压力。
[0020]如特别能够从图2看出的，图中的下槽侧面3’(远离活塞顶)以相对大的曲率半径转换为槽基座3”。相比之下，槽基座3”与上槽侧面3” ’(位于活塞顶侧处)之间的转换具有相对小的曲率半径。具有大的曲率半径的区域延伸跨过活塞1的径向中央平面M，所述径向中央平面在槽侧面3’和3”’之间在中央延伸。邻接大的曲率半径的转换区域，槽基座3”具有在向上方向(也就是说朝向燃烧室B)上变宽的圆锥形区域，圆锥形区域随后以小的曲率半径转换为上槽侧面3” ’。
[0021]通过所述圆锥形区域，保持在活塞环4的内圆周与槽基座3”之间的自由空间以期望的方式被减小。这提供了如下益处:燃烧室B的气体压力基本上没有延迟地被传递至活塞环4的内圆周。
[0022]下槽侧面3，与槽基座3”之间的转换的曲率半径优选具有位于0.4b和0.6b之间的尺寸，其中b表示槽侧面3，和3”，彼此的间距。
[0023]参考名称列表:
[0024]1 气缸
[0025]2 活塞
[0026]3 环槽
[0027]3，，3”，槽侧面
[0028]3”槽基座
[0029]4活塞环，压缩环
[0030]B燃烧室
[0031]K曲柄箱体
[0032]Μ中央平面
[0033]b槽侧面彼此间的间距。
【主权项】
1.用于内燃机的活塞(2)，其具有活塞环槽(3)，特别是压缩槽，所述活塞环槽布置在活塞的外圆周上并且具有在活塞的轴向上彼此间隔的槽侧面(3’，3”’)并且具有在所述槽侧面之间延伸的槽基座(3” )， 其特征在于 所述槽基座(3”)以相对大的曲率半径转变为下槽侧面(3’)(远离活塞顶)，而以相对小的曲率半径转换为上槽侧面(3”’)(在活塞顶侧处)。2.如权利要求1所述的活塞(2)， 其特征在于 具有大的曲率半径的区域延伸跨过环槽(3)的中央平面(M)，所述中央平面在槽侧面(3’。3” ’)之间在中央地延伸，并且相对于活塞轴在径向上延伸。3.如权利要求1或2所述的活塞， 其特征在于 所述槽基座(3”)具有大的曲率半径的区域和小的曲率半径的区域之间的圆锥形区域，所述圆锥形区域相对于所述活塞轴倾斜并且在朝向所述上槽侧面(3” ’)的方向上变宽。4.如权利要求1至3中任一项所述的活塞(2)， 其特征在于 所述大的曲率半径具有大于所述槽侧面(3’，3”’)的彼此之间的间距(b)的三分之一的尺寸。5.如权利要求4所述的活塞(2)， 其特征在于 所述相对大的曲率半径具有位于0.4b和0.6b之间的尺寸，其中b表示所述槽侧面(3’，3”’)的彼此之间的间距。
【专利摘要】本发明涉及具有内燃机的活塞的外圆周上的活塞环槽，特别是压缩槽的活塞。所述槽包括：在相对的槽侧面之间延伸的槽底部，并且所述槽底部合并到具有大的曲率半径的下槽侧面(远离活塞底部)中，并且合并到具有小的曲率半径的上槽侧面(靠近活塞底部)中。
【IPC分类】F16J9/00
【公开号】CN105492805
【申请号】CN201480047611
【发明人】沃尔夫冈·伊斯莱尔
【申请人】马勒国际有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月18日
【公告号】DE102013219052A1, WO2015040126A1
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