具有活塞環槽特別是壓縮槽的活塞的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于內燃機的活塞的外周面上的活塞環槽，特別涉及壓縮槽。
【背景技術】
[0002]根據當代的增加的功率密度，經常增加內燃機的負荷，活塞經受非常高且劇烈的波動的溫度和壓力負荷。同樣的波動的溫度和壓力負荷施加至活塞環，這首先必須確保足夠的熱從活塞流動至相應的(冷卻的)氣缸并且第二必須確保活塞圓周與氣缸之間的間隙的良好密封。所謂的壓縮環，其靠近活塞頂而布置并因此靠近發動機的燃燒室，經受特別劇烈的負荷。通過活塞環的彈性支撐，壓縮環與氣缸壁的接觸壓力只是相對小程度地產生;先通過燃燒室中普遍存在的氣體壓力將壓縮環壓在氣缸壁上。所述氣體壓力首先具有如下效果:在位于活塞圓周上的接納有壓縮環的環槽內，所述壓縮環沿軸向被頂著下槽側面(遠離活塞頂)而施力，并且第二，在環槽中起作用的氣體壓力作用在活塞環的內圓周上，以便通過活塞環的外圓周頂著氣缸壁的方式所述活塞環承受相對高的壓力。
[0003]通常，內燃機的活塞具有兩個壓縮環，其中更遠離活塞頂的第二壓縮環特別意在防止或者最小化所謂的燃燒氣體的在發動機的曲柄箱體的方向上的漏氣。
[0004]用作接納活塞環的活塞上的包圍環槽在活塞本體的外圓周上構成不可避免的凹口，以及由此而來的活塞本體的不可避免的結構缺陷。因此，需要尋找在活塞的結構強度方面優化的環槽的形狀。在此，然而，由于環槽的形狀在活塞環的功能上還具有反響，所述活塞環根據上述內容先通過活塞工作室中普遍存在的氣體壓力被壓在氣缸壁上，所以只存在有限的設計自由度。在此，為了相應的活塞環的密封動作，重要的是向活塞環的內圓周的壓力傳遞盡可能地不具有延遲。
【發明內容】
[0005]現在本發明的目的是為活塞的環槽提供優化的結構，通過該結構確保了活塞的良好的結構強度，并且提供了用于向活塞環的氣體壓力傳遞的優化的足夠的設計自由度。
[0006]為了這個目的，根據本發明提供了至少一個活塞環槽的槽基座，優選為最上方的最接近活塞頂的活塞環槽，所述槽基座以相對大的曲率半徑轉換為下側面(遠離活塞頂)并以相對小的曲率半徑轉換為環槽的上側面(位于活塞頂側處)。
[0007]本發明從而基于如下的主要構思:在一個或多個活塞環槽的情況下，優選至少在用作接納第一壓縮環的最高負荷的活塞環槽的情況下，槽側面上的不同的動態負荷被考慮到環槽的形狀中。在由氣體壓力引起的或由作用有氣體壓力的活塞環引起的膨脹沖程期間，經受特別劇烈的負荷的下槽側面以相對大的曲率半徑轉換為槽基座，以便防止在轉換處形成裂縫。相比之下，在相當少的高負荷的情況下，上槽側面向槽基座的轉換處的小曲率半徑是容易地能夠實現的。
[0008]在本發明的特別優選的實施例中，設置為:具有大的曲率半徑的區域延伸跨過環槽的中央平面，所述中央平面在槽側面之間在中央地延伸并且相對于活塞軸在徑向上延伸。因此，對于槽基座有益地能夠在大的曲率半徑的區域和小的曲率半徑的區域之間具有圓錐形區域，所述圓錐形區域相對于活塞軸傾斜并且在上槽側面的方向上變寬。
[0009]在優選的實施例中，上槽側面和下槽側面為水平延伸的平面，也就是說是以銳角向活塞軸延伸的平面，其中鄰接下槽側面并且具有大的曲率半徑的區域超過大于90度的角度，也就是說超過平行于活塞軸的方位。具有小的曲率半徑、鄰接上槽側面的區域優選超過小于90度的角度，其中在兩個圓形的區域之間優選存在在活塞頂的方向上變寬的圓錐形部，以便槽深度朝向活塞頂減小。以這種方式，在優選近似以相等的槽深度的每種情況下圓形能夠鄰接上槽側面和下槽側面，就像關于活塞圓周活塞環所要求的那樣，其中在槽基座上的圓錐形表面具有完全或部分地補償不同的曲率半徑的效果。這種設計使得能夠實現活塞環后面的小的固定容積，以及由此帶來的低的未燃燒的碳氫化合物的排放，而不需要將活塞環推到槽基座的兩個圓形中的一個中。
[0010]槽側面、半徑以及槽基座優選均以連續光功率的方式彼此轉換，憑此防止了應力峰值的產生。
[0011]這種環槽的定形提供了如下益處:只有相對小的自由空間沿徑向在活塞環的內圓周內保持在槽基座和活塞環之間。這促進了由氣體壓力引起的活塞環的內圓周上的壓力的無延遲應用。而且，環后面的固定容積被減小，在所述環中能夠收集未燃燒的混合物殘渣。以這種方式，減少了碳氫化合物的不期望的排放。
[0012]關于定尺寸，有選設置為:在相對大的曲率半徑的情況下，其尺寸首先大于槽寬度的尺寸的四分之一，并且第二小于槽寬度的尺寸的三分之一。
[0013]另外，關于本發明的優選的特征，對權利要求和附圖的如下討論進行了參考，在此基礎上更具體地描述本發明的特別優選的實施例。
[0014]不言而喻，不僅在分別圖示出的與其它特征的結合中，而且在單獨的特征中，圖示出的特征對本發明可以是必要的。
【附圖說明】
[0015]在附圖中:
[0016]圖1示出了活塞的接近其活塞頂的詳細軸部以及內燃機的相關氣缸的詳細軸部；
[0017]圖2為圖1中的細節II的放大圖示。
【具體實施方式】
[0018]在圖1中，活塞2以可置換的方式布置在內燃機的氣缸1中，內燃機的活塞基本上只被圖示出了活塞頂的區域，通過這種方式，氣缸內的活塞1將燃燒室區域B與曲柄箱體區域K分開。為了將燃燒室區域B相對于曲柄箱體區域K密封，在活塞圓周或者活塞裙上布置有至少一個接納活塞環4的環槽3，其中，在圖1中，只有最上方的用于所謂的壓縮環4的環槽3被圖示出。通常，內燃機的活塞具有兩個壓縮環以及與活塞頂更加間隔開的刮油環。
[0019]如特別能夠從圖2看出的，壓縮環4具有在所結合的環槽3內的軸向間隙和徑向間隙。在內燃機的運轉期間，活塞環通過燃燒室B中的氣體壓力頂著圖中的下槽側面而被沿著軸向施力。而且，氣體壓力作用在活塞環4的內圓周上，結果其頂著氣缸壁而承受相當劇烈的接觸壓力。
[0020]如特別能夠從圖2看出的，圖中的下槽側面3’(遠離活塞頂)以相對大的曲率半徑轉換為槽基座3”。相比之下，槽基座3”與上槽側面3” ’(位于活塞頂側處)之間的轉換具有相對小的曲率半徑。具有大的曲率半徑的區域延伸跨過活塞1的徑向中央平面M，所述徑向中央平面在槽側面3’和3”’之間在中央延伸。鄰接大的曲率半徑的轉換區域，槽基座3”具有在向上方向(也就是說朝向燃燒室B)上變寬的圓錐形區域，圓錐形區域隨后以小的曲率半徑轉換為上槽側面3” ’。
[0021]通過所述圓錐形區域，保持在活塞環4的內圓周與槽基座3”之間的自由空間以期望的方式被減小。這提供了如下益處:燃燒室B的氣體壓力基本上沒有延遲地被傳遞至活塞環4的內圓周。
[0022]下槽側面3，與槽基座3”之間的轉換的曲率半徑優選具有位于0.4b和0.6b之間的尺寸，其中b表示槽側面3，和3”，彼此的間距。
[0023]參考名稱列表:
[0024]1 氣缸
[0025]2 活塞
[0026]3 環槽
[0027]3，，3”，槽側面
[0028]3”槽基座
[0029]4活塞環，壓縮環
[0030]B燃燒室
[0031]K曲柄箱體
[0032]Μ中央平面
[0033]b槽側面彼此間的間距。
【主權項】
1.用于內燃機的活塞(2)，其具有活塞環槽(3)，特別是壓縮槽，所述活塞環槽布置在活塞的外圓周上并且具有在活塞的軸向上彼此間隔的槽側面(3’，3”’)并且具有在所述槽側面之間延伸的槽基座(3” )， 其特征在于 所述槽基座(3”)以相對大的曲率半徑轉變為下槽側面(3’)(遠離活塞頂)，而以相對小的曲率半徑轉換為上槽側面(3”’)(在活塞頂側處)。2.如權利要求1所述的活塞(2)， 其特征在于 具有大的曲率半徑的區域延伸跨過環槽(3)的中央平面(M)，所述中央平面在槽側面(3’。3” ’)之間在中央地延伸，并且相對于活塞軸在徑向上延伸。3.如權利要求1或2所述的活塞， 其特征在于 所述槽基座(3”)具有大的曲率半徑的區域和小的曲率半徑的區域之間的圓錐形區域，所述圓錐形區域相對于所述活塞軸傾斜并且在朝向所述上槽側面(3” ’)的方向上變寬。4.如權利要求1至3中任一項所述的活塞(2)， 其特征在于 所述大的曲率半徑具有大于所述槽側面(3’，3”’)的彼此之間的間距(b)的三分之一的尺寸。5.如權利要求4所述的活塞(2)， 其特征在于 所述相對大的曲率半徑具有位于0.4b和0.6b之間的尺寸，其中b表示所述槽側面(3’，3”’)的彼此之間的間距。
【專利摘要】本發明涉及具有內燃機的活塞的外圓周上的活塞環槽，特別是壓縮槽的活塞。所述槽包括：在相對的槽側面之間延伸的槽底部，并且所述槽底部合并到具有大的曲率半徑的下槽側面(遠離活塞底部)中，并且合并到具有小的曲率半徑的上槽側面(靠近活塞底部)中。
【IPC分類】F16J9/00
【公開號】CN105492805
【申請號】CN201480047611
【發明人】沃爾夫岡·伊斯萊爾
【申請人】馬勒國際有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2014年9月18日
【公告號】DE102013219052A1, WO2015040126A1