澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞，特別是鋁活塞的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)(16)的澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞(1)，特別是鋁活塞(1)，具有活塞頂(2)和與所述活塞頂鄰接的活塞裙(3)，所述澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞(1)包括布置在加壓側(cè)(DS)和反壓側(cè)(GDS)的兩個(gè)裙壁(4,5)和連接這些裙壁(4,5)的兩個(gè)套筒壁(6,7)，所述套筒壁在活塞頂(2)的方向上朝向彼此錐形變細(xì)。此處，本發(fā)明的本質(zhì)是，所述活塞(1)包括環(huán)形環(huán)繞的冷卻通道(9)；且所述活塞頂(2)的厚度(d)至多為4.5mm。以此方式，能制造高性能、輕質(zhì)的活塞(1)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞，特別是鋁活塞

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的一種澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞，特別是用于內(nèi)燃機(jī)的鋁活塞，包括活塞頂和與所述活塞頂鄰接的活塞裙。本發(fā)明還涉及裝配有所述活塞的內(nèi)燃機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]DElO 2007 020 447A1公開(kāi)了用于內(nèi)燃機(jī)的普通活塞，其中布置在加壓側(cè)上的裙壁在活塞的圓周方向上比布置在反壓側(cè)上的裙壁短。該發(fā)明致力于實(shí)現(xiàn)在加壓側(cè)的套筒壁和裙之間的連接區(qū)域幾乎不出現(xiàn)任何裂縫的效果。
[0003]DElO 2009 032 379A1公開(kāi)了一種用于內(nèi)燃機(jī)的普通活塞，所述活塞具有活塞頂、具有圓周環(huán)形區(qū)域頂部環(huán)槽和活塞裙，該活塞包括布置于加壓側(cè)和反壓側(cè)的兩個(gè)裙壁，以及與這些裙壁連接的兩個(gè)套筒壁。在此情況下，在活塞的圓周方向上可見(jiàn)，布置在加壓側(cè)的裙壁比布置在反壓側(cè)的裙壁短。為了減小活塞的負(fù)載，加壓側(cè)上的套筒壁以直線(xiàn)傾斜走向，銷(xiāo)轂區(qū)域內(nèi)的套筒壁的距離比加壓側(cè)上的裙壁區(qū)域內(nèi)的大。
[0004]當(dāng)前存在在減少CO2的方向發(fā)展內(nèi)燃機(jī)的總體趨勢(shì)，這通過(guò)所謂的小型化形式實(shí)施。因?yàn)樵诖饲闆r下，內(nèi)燃機(jī)中活塞的震動(dòng)量也起到重要作用，漸漸地使用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的活塞，該輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的活塞還可承受更高的熱機(jī)械負(fù)載。在輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的活塞情況下，主要目的在于以負(fù)載最優(yōu)化的方式采用設(shè)計(jì)以避免高負(fù)載位置中裂縫的形成，例如活塞頂或加壓側(cè)上的高負(fù)載的套筒壁，同時(shí)適當(dāng)處理對(duì)顯著降低重量，由此減少CO2排放的需求。同時(shí)，這種輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的活塞必須具有其它重要的功能特性，例如抗咬合性能、低的裙摩擦和順暢的運(yùn)行。
[0005]本發(fā)明解決了為普通型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的活塞提供改善的實(shí)施方式的問(wèn)題，該改善的實(shí)施方式特征特別在于重量減輕和負(fù)載承受能力提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明，該問(wèn)題通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求1的主題解決。有利的實(shí)施方式為從屬權(quán)利要求的主題。
[0007]本發(fā)明基于以下總體思想:與現(xiàn)有技術(shù)至今為止已知的澆鑄鋁活塞相比，通過(guò)額外的冷卻通道，以由此能減少活塞運(yùn)動(dòng)所需的功，從而能更好地冷卻，并由此構(gòu)建重量更輕的澆鑄的輕質(zhì)澆鑄金屬活塞，特別是鋁活塞。在此情況下，澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞，特別是鋁活塞在這種情況下包括以公知方式面向燃燒室的活塞頂和與所述活塞頂鄰接的活塞裙，所述澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞具有布置在加壓側(cè)和反壓側(cè)上的用于導(dǎo)向的兩個(gè)裙壁以及連接這些裙壁的兩個(gè)套筒壁。在此情況下，套筒壁彼此傾斜地布置，并在活塞頂方向朝向彼此錐形變細(xì)。這種輕質(zhì)金屬活塞例如由DElO 2007 020 447A1已經(jīng)公開(kāi)，名為Mahle Evotec'根據(jù)本發(fā)明，這種輕質(zhì)金屬活塞現(xiàn)今額外地首次具有環(huán)形環(huán)繞的冷卻通道，這使得特別在活塞頂和環(huán)繞的環(huán)形區(qū)域之間的過(guò)渡區(qū)域中能實(shí)現(xiàn)活塞的有效冷卻，其中活塞頂?shù)暮穸攘硗馐?.5mm的最大值限制。通過(guò)該環(huán)形環(huán)繞的冷卻通道和活塞頂厚度的降低，根據(jù)本發(fā)明的澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞可在其重量方面與先前已知的具有冷卻通道的活塞相比顯著降低，其中在其厚度方面降低的活塞頂使得能更好地散熱，并由此還能利用已知的噴霧冷卻來(lái)更好地冷卻。環(huán)形環(huán)繞的冷卻通道確保了環(huán)形區(qū)域中的所需冷卻，這在先前已知的輕質(zhì)金屬活塞的情況下由于沒(méi)有冷卻通道在這種形式下是不可能的。由于傾斜定位的套筒壁，無(wú)論活塞頂多薄，均可實(shí)現(xiàn)所需的強(qiáng)度，而不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，其中活塞頂?shù)暮穸认拗低ǔＳ墒褂玫南鄳?yīng)的澆鑄方法限定。下文中僅將術(shù)語(yǔ)“活塞”用作澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞，特別是鋁活塞的通用術(shù)語(yǔ)。
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的有利的其它實(shí)施方式中，活塞頂?shù)暮穸戎炼酁?.5mm的最大值，優(yōu)選僅為2或3mm。與至今為止現(xiàn)有技術(shù)已知的活塞頂相比，這種薄的活塞頂在其重量方面得到顯著降低，其中由于較小的厚度，從下面起作用的噴霧冷卻確保了活塞頂?shù)目焖偕幔纱擞行Ю鋮s。
[0009]實(shí)際上，利用鹽核制造上述冷卻通道。這種鹽核在輕質(zhì)金屬活塞/鋁活塞的澆鑄期間已被采用許多年，因此是用于產(chǎn)生這種中空的冷卻通道結(jié)構(gòu)的經(jīng)測(cè)試并證明了的設(shè)施?；蛘撸@然還容易想到例如通過(guò)鹽核產(chǎn)生上述冷卻通道。通過(guò)這種鹽核或沙核，也可產(chǎn)生相對(duì)精細(xì)的冷卻通道結(jié)構(gòu)，使得例如可單獨(dú)制得具有可變直徑的根據(jù)本發(fā)明的冷卻通道。
[0010]在根據(jù)本發(fā)明的另一有利實(shí)施方式中，兩個(gè)套筒壁在加壓側(cè)的裙壁方向彼此相向走向。加壓側(cè)和反壓側(cè)與根據(jù)本發(fā)明的活塞區(qū)別開(kāi)來(lái)，因?yàn)闊o(wú)論何時(shí)，特別是在燃燒室點(diǎn)燃期間產(chǎn)生的氣體壓力作用于活塞頂時(shí)，活塞被壓向一側(cè)，或者通過(guò)傾斜定位的連接桿傾斜，因此兩個(gè)裙壁中的一個(gè)在其運(yùn)行表面壓靠缸膛的內(nèi)壁。該裙壁被描述為布置在加壓側(cè)上的裙壁。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)套筒壁，不僅能降低套筒壁內(nèi)裂縫形成的風(fēng)險(xiǎn)，如果適宜的話(huà)，還能降低鄰接的裙壁內(nèi)裂縫形成的風(fēng)險(xiǎn)。在此情況下，布置在加壓側(cè)的裙壁可設(shè)計(jì)為在其中間區(qū)域中比在其分配給套筒壁的邊緣區(qū)域中薄，例如甚至還可為布置在加壓側(cè)的裙壁被設(shè)計(jì)為在其中間區(qū)域比在其分配給套筒壁的邊緣區(qū)域中薄至多50%，由此可實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的活塞的運(yùn)動(dòng)量的實(shí)質(zhì)減少。此時(shí)，當(dāng)裙壁厚度從其中間區(qū)域向其外邊緣區(qū)域的增加連續(xù)時(shí)是有利的，由此柄壁(shank wall)內(nèi)的應(yīng)力負(fù)載被均勻分散。
[0011]此外，本發(fā)明還基于以下總體思想:對(duì)內(nèi)燃機(jī)裝配至少一個(gè)所述活塞，且另外提供至少兩個(gè)噴嘴，用于每個(gè)輕質(zhì)金屬活塞的活塞冷卻，該至少兩個(gè)噴嘴中的一個(gè)朝向活塞冷卻通道的入口 /流入口，另一個(gè)位于活塞頂。一個(gè)噴嘴由此傳輸冷卻流體至冷卻通道中，該冷卻流體為機(jī)油，在該冷卻通道中冷卻流體特別有利于輕質(zhì)金屬活塞/鋁活塞的環(huán)形區(qū)域的冷卻。另一噴嘴優(yōu)選朝向活塞頂，由此通過(guò)從底部直接噴油來(lái)冷卻活塞頂。由于活塞頂?shù)男〉暮穸?，活塞頂可被有效冷卻，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生的熱相對(duì)快速地貫穿活塞頂，并由此可被噴灑的油散去。顯然，此處還容易想到，活塞頂另外通過(guò)噴灑下旋轉(zhuǎn)機(jī)軸的油由底部冷卻，特別在機(jī)軸浸入曲軸箱的油槽時(shí)。總而言之，由此可制造具有較輕質(zhì)但有效的活塞的內(nèi)燃機(jī)，該活塞由于其減輕的重量而需要顯著較少的能量，以用于活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]本發(fā)明的其它重要特征和優(yōu)點(diǎn)來(lái)自于從屬權(quán)利要求、附圖，以及借助于附圖的相關(guān)【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】。
[0013]應(yīng)理解的是上文所述的以及下文將要解釋的特征不僅能以所述的相應(yīng)組合使用，也可以其它組合或獨(dú)自使用，而不背離本發(fā)明的范圍。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施方式示于附圖中，并在以下說(shuō)明中得到更詳細(xì)地解釋?zhuān)渲邢嗤母綀D標(biāo)記指代相同或相似或功能相同的組件。
[0015]在此，在每種情況下示意性示出了:
[0016]圖1:側(cè)視圖中根據(jù)本發(fā)明的活塞；
[0017]圖2:根據(jù)本發(fā)明的活塞的仰視圖；
[0018]圖3:沿著截面A-A的截面圖；
[0019]圖4:根據(jù)本發(fā)明的活塞的沿著截面B-B的截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]根據(jù)圖1至圖4，根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)16的澆鑄輕質(zhì)金屬活塞1，特別是鋁活塞1，I’(參見(jiàn)圖3)包括面向燃燒室17的活塞頂2和鄰接于其上的活塞裙3?；钊?具有布置在加壓側(cè)DS和反壓側(cè)⑶S上的兩個(gè)裙壁4，5以及連接這些裙壁4，5的兩個(gè)套筒壁6，7。在此情況下，如根據(jù)圖4清楚示出的，套筒6，7彼此錐形對(duì)齊，這意味著它們?cè)诨钊?的方向上朝向彼此逐漸變細(xì)。通過(guò)這兩個(gè)套筒壁6，7的裝置傾斜定位，可實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)金屬活塞I的充足強(qiáng)度，而不論活塞頂2的厚度d減少如何。在套筒壁6，7的區(qū)域中，另外提供各自用于將活塞I連接至連接桿(未示出)的銷(xiāo)轂8。根據(jù)本發(fā)明，活塞I現(xiàn)包括至少部分環(huán)形環(huán)繞的冷卻通道9，根據(jù)圖3和圖4，該冷卻通道9另外特別冷卻活塞頂2和環(huán)形區(qū)域10之間的過(guò)渡區(qū)域。在環(huán)形區(qū)域10的區(qū)域中，提供有例如環(huán)繞的頂部環(huán)槽11以及用于容納例如活塞環(huán)(未示出)的各環(huán)形槽12。本發(fā)明的另一本質(zhì)特征為活塞頂2的厚度d為4.5_的最大值?；钊?的厚度d優(yōu)選為3.5mm的最大值,優(yōu)選甚至3mm的最大值或2mm的最大值。通過(guò)將根據(jù)本發(fā)明的較薄的活塞頂2與另外布置的冷卻通道9組合，可制造特別輕質(zhì)的，即在其重量方面減輕了的活塞1，由于運(yùn)動(dòng)量降低，該活塞I可更能量有效地運(yùn)行。
[0021]參見(jiàn)圖2，明顯的是布置在加壓側(cè)DS上的裙壁4設(shè)計(jì)為在活塞I的圓周方向上比布置在反壓側(cè)⑶S上的裙壁5短，其中兩個(gè)套筒壁6，7在加壓側(cè)的裙壁4的方向上彼此相向錐形變細(xì)。這特別使套筒壁6，7區(qū)域和裙壁4，5區(qū)域中的裂縫形成風(fēng)險(xiǎn)最小化。在此情況下，該兩個(gè)套筒壁6，7在反壓側(cè)背離彼此在裙壁5的方向上走向，其中顯然地，也容易想到在反壓側(cè)，在裙壁5的方向上的兩個(gè)套筒壁6，7朝向彼此的逐漸變細(xì)，使得在此情況下，兩個(gè)套筒壁6，7彼此兩面凸地布置。
[0022]以普通方式利用鹽核或者還可利用沙核產(chǎn)生輕質(zhì)金屬活塞1，特別是鋁活塞I’的澆鑄期間的冷卻通道9。為了能將冷卻油進(jìn)料至冷卻通道9中，或從冷卻通道9再去除冷卻油，如圖2所示，該冷卻通道具有流入口 13和流出口 14。此處，流入口 13和流出口 14顯然也可以另一方式布置為圓的。待被進(jìn)料至冷卻通道9中用于活塞冷卻的冷卻劑，例如機(jī)油，例如可用兩個(gè)噴嘴15和15’噴灑，其中噴嘴15例如朝向冷卻通道9的流入口 13，而噴嘴15’則直接指向活塞頂2的底側(cè)，由此直接冷卻活塞頂2。由于活塞頂2的微小厚度d，可相對(duì)快速地散去燃燒室17放出的熱，并由此有效冷卻活塞1，I’。此時(shí)，顯然另外容易想到在活塞1，I’下旋轉(zhuǎn)的曲軸將油濺至活塞頂?shù)牡讉?cè)上，由此額外冷卻活塞頂。
[0023]夏天時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的活塞1，I’的實(shí)質(zhì)特點(diǎn)的特征可如下所示:通過(guò)極度薄的活塞頂2與另外布置的冷卻通道9，無(wú)論較輕的重量如何，根據(jù)本發(fā)明的活塞1，1’可以較高的強(qiáng)度制得。傾斜定位的套筒壁6，7產(chǎn)生用于活塞頂?shù)拈L(zhǎng)壽命所需的剛度及強(qiáng)度，從而能降低頂壁厚度。
【權(quán)利要求】
1.一種澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞(I)，特別是鋁活塞(Γ )，用于內(nèi)燃機(jī)(16)，具有活塞頂(2)和與所述活塞頂(2)鄰接的活塞裙(3)，所述澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞(I)包括布置在加壓側(cè)(DS)和反壓側(cè)(GDS)的兩個(gè)裙壁(4，5)和連接這些裙壁(4，5)的兩個(gè)套筒壁(6，7)，所述套筒壁在活塞頂(2)的方向上朝向彼此錐形變細(xì)； 其特征在于， 所述活塞(1，I’)包括環(huán)形環(huán)繞的冷卻通道(9)； 所述活塞頂(2)的厚度(d)為4.5mm的最大值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于， 所述活塞頂(2)的厚度(d)為3.5mm的最大值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活塞，其特征在于， 以所述活塞(I)的圓周方向布置在加壓側(cè)(DS)上的裙壁(4)被設(shè)計(jì)為比布置在反壓側(cè)(⑶S)上的裙壁(5)短。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于， 所述兩個(gè)套筒壁(6，7)在加壓側(cè)的裙壁(4)的方向上彼此朝向變細(xì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于， 所述兩個(gè)套筒壁(6，7)在加壓側(cè)的裙壁(5)的方向上彼此脫離；或 所述兩個(gè)套筒壁(6，7)在反壓側(cè)的裙壁(5)的方向上聚集。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的活塞，其特征在于， 利用鹽核或沙核制造所述冷卻通道(9)。
7.一種內(nèi)燃機(jī)(16)，包括至少一個(gè)澆鑄的輕質(zhì)金屬活塞(I)，特別包括根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的至少一個(gè)鋁活塞(Γ )。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，提供用于活塞冷卻的兩個(gè)噴嘴(15，15’)，所述兩個(gè)噴嘴(15，15’ )中的一個(gè)噴嘴(15)朝向所述冷卻通道(9)的流入口(13)，且另一個(gè)噴嘴(15’ )朝向所述活塞頂(2)。
【文檔編號(hào)】F01P3/08GK104160127SQ201380012601
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月7日
【發(fā)明者】約亨·阿德?tīng)柭? 勞夫·布賴(lài)格, 米夏埃爾·馬夸特 申請(qǐng)人:馬勒國(guó)際有限公司