用于內燃機的活塞的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于內燃機的活塞，所述活塞具有用于容納活塞環的至少一個環槽，其中，環槽具有活塞裙側下部槽側面，該下部槽側面比環槽的活塞頭側上部槽側面更遠離活塞頭，其中在所述下部槽側面中形成有凹部形成的用于積聚潤滑劑的圖案。每個凹部均具有與相鄰凹部的內部容積分離的離散的內部容積，并且均在其頂部具有單個開口。本發明描述了這種布置的變型，在變型中，環槽側面和活塞環側面中的任何一個的任一者或二者設置有凹部形成的圖案。
【專利說明】用于內燃機的活塞
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于內燃機的活塞。該用于內燃機的活塞被容納在氣缸中，并且被布置為在氣缸內滑動并與曲軸聯接。為了改善氣缸中內燃氣體壓力的使用情況，活塞帶有軸向分布在其外周的一個或多個活塞環，這些活塞環在活塞和氣缸壁之間形成滑動密封。
【背景技術】
[0002]在直立的內燃機中，活塞被布置在曲軸上方，并且燃燒室被定位在活塞上方。當活塞在燃燒氣體的壓力下開始向下移動時，活塞環對著外周活塞環槽的下側面撞擊或施壓。這種沖擊可能導致該側面磨損，這導致活塞環的緊密性以及發動機的整體性能降低。為了重建發動機原始性能，需要更換活塞。
[0003]為了解決這個問題，現有技術教導了用于局部硬化各個側面表面的表面處理。
[0004]本發明的目的在于，提出對上述問題的替代的解決方法。具體地講，本發明的目的在于，提供具有對抗活塞環所造成磨損的耐磨性的用于內燃機的活塞。
[0005]通過具有本發明的第一方面的特征的活塞來達到這個目的。本發明的其它方面中描述了本發明的有利的修改。
【發明內容】
[0006]根據本發明，用于內燃機的活塞設置有用于容納活塞環的至少一個環槽，其中，所述環槽具有活塞裙側下部槽側面，該下部槽側面比所述環槽的活塞頭側上部槽側面更遠離活塞頭，并且在所述下部槽側面中形成有凹部形成的用于積聚潤滑劑的圖案。
[0007]根據本發明，在下部槽側面中設置的凹部填充有施用至氣缸的內表面的潤滑劑(諸如，油等)。這種潤滑劑在氣缸的表面與活塞的活塞環(多個活塞環)之間形成了潤滑膜，在該潤滑膜處表面與活塞環緊靠接觸。
[0008]發明人已經發現，當在凹部中積聚并容納潤滑劑時，由于流體的表面張力和凹部的上部邊緣，潤滑劑從各個凹部稍微向上凸出。從上方接近凹部形成的圖案的活塞環將由來自每個單獨的凹部的凸出潤滑劑構成的潤滑膜移位，使得活塞環和下部槽側面之間接觸的沖擊被衰減。這種衰減具有降低由于活塞環撞擊下部槽側面的沖擊造成的磨損的效果。
[0009]優選地，每個凹部均具有與相鄰凹部的內部容積分離的離散的內部容積。這樣，能控制潤滑膜在下部槽側面表面上方或上面的分布。
[0010]優選地，每個凹部在其頂部均具有單個開口。這樣，通過每個凹部的形狀/容積設定用于容納限定量的潤滑劑的單獨的凹部的容量，并且該容量對發動機運轉中的動態流體效應不太敏感。
[0011]優選地，圖案的凹部的各個頂部開口的開口平面被布置在公共平面上。這樣，可以在下部槽側面上獲得平坦的潤滑膜。
[0012]優選地，圖案中的凹部在其頂部開口處可以具有大體上圓形的橫截面形狀和/或在其頂部開口處可以具有大體上多邊形的橫截面形狀和/或包括優選地以彼此相交的方式布置的溝槽。
[0013]優選地，凹部的頂部開口的表面面積是與開口平面平行并且在凹部內的平面的最大表面面積。也就是說，凹部可以具有優選的淺杯形狀(諸如凹坑)，使得潤滑劑容納圖案在潤滑劑進入該圖案時被沖刷，從而避免碳的沉積。
[0014]圖案優選地可以是規則圖案。規則圖案可以包括以規則圖案分布于槽側面表面的類似形狀的凹部。然而，圖案也可以由不同形狀的凹部構成，所述不同形狀的凹部被以受控制的方式布置。例如，可以將凹部布置在繞活塞的主軸的同心圓中，其中圓內的凹部的尺寸是相同的，但各個圓之間的凹部的尺寸是不同的。另外，在槽側面上的不同形狀和/或尺寸的凹部的重復圖案是可能的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]現在，在參照附圖的情況下通過目前優選的實施方式來描述本發明，其中:
[0016]圖1示出根據本發明的配備有凹部形成的圖案的活塞的細節；
[0017]圖2示出貫穿一個實施方式的活塞的剖面的一部分，該活塞設置有位于槽側面中的多邊形凹部形成的圖案；以及
[0018]圖3示出貫穿另一個實施方式的活塞的剖面的一部分，該活塞設置有位于槽側面中的圓形凹部形成的圖案。
【具體實施方式】
[0019]圖1在其右上角示出了用于內燃機中的活塞I。活塞I具有活塞銷座2、活塞頭3、活塞裙4和活塞環槽5，該活塞環槽5在活塞I的外周表面中且沿著活塞I的外周表面延伸。
[0020]盡管這里未示出，但活塞可以只具有一個或2個以上的活塞環槽。另外，活塞銷座和活塞頭的不同狀或構造可能用于本發明。在以下情況下是足夠的:即，活塞具有至少一個活塞環槽并且在槽中布置有活塞環使得活塞環具有與槽側面相對的環表面。
[0021]圖1的左部示出了圖1的右上部中示出的活塞I的放大部分Z。這里，可以看出，活塞I具有兩個活塞環槽5，這兩個活塞環槽5彼此平行并沿著活塞I的外周延伸。在上部活塞環槽5中，示出了活塞環7，活塞環7被布置為在從活塞I向外的徑向方向上從活塞環槽5稍微地并且有彈性地延伸。這樣，活塞環7在使用時與缸膛或襯套的內表面接觸并且提供密封功能。圖1中只以示意性方式示出了活塞環7。盡管與活塞環一起或在活塞環內設置有不同的形狀、狹縫等，但是活塞環7的下表面71應該是基本上光滑且平坦的表面。不言而喻的是，第二環槽5還可以在其中容納活塞環，并且以與下述相同的方式對兩個環槽的槽側面6進行處理/成形/制備。
[0022]活塞環7的該光滑的下表面71被布置為與下部槽側面6相對，該下部槽側面6位于環槽5的活塞裙側上。在圖1中，標記出相應的槽側面6 ;這里要注意的是，活塞I的部分6在這里不是單獨的元件，而是活塞材料一部分。通過插入件或不同材料層形成下部槽側面是可能的，可以通過各種技術(諸如濺射、等離子噴涂、氣相沉積技術(CVD和PVD)、堆焊、鍍鉻、鍍鋅、金屬噴鍍等)將所述插入件或不同材料層施用至槽側面。另選地，部分6，S卩，槽側面表面可以是已經過類似硬化等的特殊材料處理的活塞材料的一部分。[0023]下文中，關于由與活塞I相同的材料構成的槽側面6進行描述。
[0024]對于圖2，如圖2中剖面A-A中所看到的用俯視圖和剖視圖示出本發明的活塞中的槽側面的第一實施方式的一部分。
[0025]槽側面6的表面覆蓋有凹部601，圖2中只示出槽側面6的一部分。環槽被切入如由附圖標記I所指示的活塞。從上方看出，槽側面6展示出六邊形凹部或凹坑601的圖案，這些凹部或凹坑以規則圖案并以邊到邊的方式布置。用附圖標記603指示凹部601周圍的脊部(land)。在整個槽側面6，脊部603優選地處于相同的高度。
[0026]當在箭頭的方向上在切割平面A-A上以剖視圖被觀看時，示出有一系列淺的凹部，這些凹部具有六邊形菱形，這是因為限定每個凹部601的六個單獨的三角形表面相交于凹部601的六邊形開口表面的中心點下方的公共中心點處。
[0027]在圖2的左上角，示出了被與槽側面6對應的脊部603圍繞的六邊形凹部601中的一個凹部的細節X。六個單獨的三角形形狀的表面607被布置成使得它們與相鄰的三角形表面具有公共邊并且使得它們具有相同的傾斜角，從而它們相交于在脊部603下方指示的公共中心點605處，如在圖2的剖視圖A-A中最佳看到的。因此，本實施方式中的槽側面6具有多個大體上菱形的六邊形凹部601，這些凹部601被以規則的圖案相互緊鄰地布置。
[0028]代替六邊形圖案，可以采用任何其它的多邊形形狀作為凹部的基本形狀；具體地講，如果希望規則的圖案，則八邊形菱形的凹部是等同選項。
[0029]圖3如在箭頭的方向上所觀察的在剖面B-B上以俯視圖和剖視圖示出了槽側面6的另一個實施方式。如在圖3中可以看到的，槽側面設置有多個半球形狀的凹部602。因此，凹部或半球形凹坑602的開口表面是圓形的。凹部602被與槽側面6對應的脊部606圍繞。由半球形表面限定相應的凹部602的容積，所述半球形表面的中心604位于凹部602之間的脊部606的下方。在這個實施方式中，脊部606的水平對應于槽側面6的水平。在圖3中，還示出了凹部602的規則圖案。
[0030]在這兩個實施方式中，選擇凹部601或602的容積和分布，使得在發動機中在活塞I的運轉時，凹部601、602容納和/或積聚一定量的潤滑劑，該潤滑劑量足夠大以提供使通過相對的活塞環7撞擊相應的活塞環槽側面6而產生的沖擊阻尼。
[0031]另外，盡管在附圖中未示出，但凹部可以具有這樣的形狀，S卩，該形狀可是槽側面內部的大體上多邊形開口和半球形容積的組合。
[0032]上面的實施方式只是出于描述的目的來選擇的，并不限制至少關于下面的修改的本說明書的范圍。凹部在圖案內可以具有不同的形狀和尺寸，使得獲得不規則的圖案。凹部形成的圖案還可以由具有相同形狀但具有不同尺寸的凹部構成，使得(例如)凹部的總容積在活塞環槽側面上方的徑向方向上變化。
[0033]也存在如下的圖案:即，使不同形狀/尺寸的凹部的某種組合形成基本圖案，并且在槽側面中重復地布置這種圖案。
[0034]凹部也可以呈小溝槽的形式，這些小溝槽在活塞的外周方向上彼此平行地延伸。這些溝槽可以被處于槽側面的水平上的脊部的小部分中斷。另選地，代替溝槽和/或凹部或者除溝槽和/或凹部之外，可以設置環繞活塞的中心軸線的一個或多個螺旋槽。
[0035]無論凹部和/或溝槽可以具有什么樣的形狀和尺寸，都不必需要完全受控的成形過程。從這一方面講，各個凹部的形狀和深度的隨機分布和形成是可以接受的。[0036]例如，可以通過壓花、雕刻、電火花腐蝕、機械加工、鉆孔、刮擦、噴砂方法(像噴砂磨蝕、水切割或其它技術)來制造凹部和/或溝槽。
[0037]在上面的描述中，描述了目前優選的實施方式，在這些實施方式中，一個環槽側面具有帶凹部的特定(表面)結構，以便允許通過借助于表面結構形成的潤滑劑襯墊獲得阻尼效果。然而，可以料想到，相反的，即，根據上面定義的活塞頭側上部活塞環槽側面也可以設置有具有如上所述凹部的表面結構，或者只設置具有如上所述的凹部的表面結構。換句話講，可以在任一個槽側面上或者這兩個槽側面上設置具有凹部形成的圖案的特定表面結構。在燃燒室位于曲軸下方的情況下，如果活塞在與曲軸上方的豎直取向不同的位置上工作，例如，如果它與重力方向傾斜地運轉或者甚至在懸掛布置中運轉(其中燃燒室位于曲軸下方)，則關于待設置有凹部的表面的這樣的變型可能特別受關注。
[0038]還料想到的是，在活塞環的與活塞環槽側面相對的側面上，設置有特定表面結構(即，如上所述在其中具有凹部形成的圖案的表面)。這里，在一個或兩個活塞環側面上設置特定表面結構是可能的。
[0039]還料想到的是，包括具有所提到的特定表面結構的環槽側面和活塞環側面的組合。具體地講，可能有益的是，具有與構成的表面(即，如上所述帶有凹部的表面)相對的光滑表面的組合。例如，下部槽側面具有凹部，與下部槽側面相對的下部活塞環側面是光滑的，并且上部活塞環側面具有凹部，而相對的上部槽側面是光滑的。這樣一組的益處可能在于，重力支持在兩個表面的凹部內積聚或收集潤滑劑，并且相對的光滑表面于是與凹部內的潤滑膜協作，以當活塞環繼而撞擊上部活塞槽側面和下部活塞槽側面時阻尼活塞環的任何沖擊。當然，如果活塞在傾斜或懸掛的布置中運轉，則可以料想到顛倒的布置。
【權利要求】
1.一種用于內燃機的活塞(1)，所述活塞(I)具有用于容納活塞環(7)的至少一個環槽(5)，其中，所述環槽(5)具有活塞裙側下部槽側面(6)，所述下部槽側面(6)比所述環槽(5)的活塞頭側上部槽側面更遠離活塞頭(3)，所述活塞(I)的特征在于，在所述下部槽側面(6)中形成有凹部(601、602)形成的用于積聚潤滑劑的圖案，其中，所述凹部具有淺杯形狀，諸如凹坑，使得所述凹部形成的圖案適于在潤滑劑進入所述圖案時被沖刷。
2.根據權利要求1所述的活塞，其特征在于，每個凹部(601、602)均具有與相鄰凹部(601、602)的內部容積分離的離散的內部容積。
3.根據權利要求1或2所述的活塞，其特征在于，每個凹部(601、602)均在其頂部處具有單個開口。
4.根據權利要求3所述的活塞，其特征在于，所述圖案的所述凹部(601、602)的各個頂部開口的開口平面被布置在公共平面上。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的活塞，其特征在于，所述凹部(602)在其頂部開口處具有大體上圓形的橫截面形狀。
6.根據權利要求1至4中的任一項所述的活塞，其特征在于，所述凹部(601)在其頂部開口處具有大體上多邊形的橫截面形狀。
7.一種用于內燃機的活塞(1)，所述活塞(I)具有用于容納活塞環(7)的至少一個環槽(5)，其中，所述形槽(5)具有活塞裙側下部槽側面(6)，所述下部槽側面(6)比所述環槽(5)的活塞頭側上部槽側面更遠離活塞頭(3)，其中，在所述下部槽側面(6)內形成有凹部(601、602)形成的用于積聚潤滑劑的圖案，所述活塞(I)的特征在于，所述凹部包括溝槽，所述溝槽優選地以彼此相交的方式布置。
8.根據權利要求7所述的活塞，其特征在于，所述圖案的所述凹部(601、602)的各個頂部開口的開口平面被布置在公共平面上。
9.根據權利要求7所述的活塞，其中，所述圖案包括具有所述溝槽形狀的至少兩種不同形狀的凹部的混合，所述凹部選自具有圓形橫截面形狀的凹部(602)、具有多邊形橫截面形狀的凹部(601)或具有溝槽形狀的凹部。
10.根據權利要求1至9中的任一項所述的活塞，其特征在于，所述凹部(601、602)的頂部開口的表面面積是平行于開口平面并且在所述凹部(601、602)內的平面的最大表面面積。
11.根據權利要求1至10中的任一項所述的活塞，其特征在于，所述圖案是規則圖案。
【文檔編號】F16J1/08GK103835831SQ201310414842
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年9月12日 優先權日:2012年11月26日
【發明者】D·卡道, M·斯塔克, K·赫爾曼 申請人:瓦錫蘭瑞士有限公司