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CN103097705B - 用于内燃机的活塞 - Google Patents

用于内燃机的活塞 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的活塞(10)，包括活塞头(13)、环绕式火力岸(14)、具有环形槽的环绕式环形段(15)以及活塞裙(16)，所述活塞裙具有两个裙壁(17)和两个连接所述裙壁(17)且相对于所述环形段(15)内凹的箱壁(18)，并且所述箱壁(18)区域内各形成所述环形段(15)的一个无支撑底面(25)，其中，所述箱壁(18)上设有具有毂孔(21)的销毂(19)。根据本发明，所述环形段(15)的每个无支撑底面(25)与相对应的箱壁(18)之间均设有至少一个支撑元件(26a，26b)。

Description

用于内燃机的活塞
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的活塞，包括活塞头、环绕式火力岸、具有环形槽的环绕式环形段以及活塞裙，所述活塞裙具有两个裙壁和两个连接所述裙壁且相对于所述环形段内凹的箱壁，并且所述箱壁区域内各形成所述环形段的一个无支撑底面，其中，所述箱壁上设有具有毂孔的销毂。
背景技术
同类型活塞公开自国际专利申请WO 2008/128611 A1。这种结构的活塞又称箱式活塞。常规箱式活塞的活塞裙的两个相对布置的壁部相对于活塞外轮廓是内凹的。内凹的壁部称作箱壁，另外两个不内凹的壁部是裙壁且包含了活塞裙真正的工作面。带有毂孔的销毂整合在箱壁中。箱壁和裙壁与活塞头的底面连接。
这类箱式活塞的问题是，以电动机模式运行时，气体压力和点火压力对活塞所产生的作用力会导致活塞变形。特别不利的一点是，环形段只在裙壁区域内得到支撑，在箱壁区域内则是具有无支撑的悬伸底面。这会导致环形段在箱壁区域内明显朝曲轴箱方向发生变形。而裙壁区域内的环形段由于箱壁和裙壁采用刚性设计只发生轻微变形。因此，箱壁与裙壁之间的过渡区域内会出现刚度陡变。这种情况以及箱壁区域环形段变形时所产生的弯矩会引发造成箱式活塞过载的应力。特别是当箱式活塞由顶部和底部构成并且这两部分以焊接方式相连接时，焊缝会受到极大负荷。如果活塞在环形段区域内还具有环绕式的冷却通道，该环形段的稳定性就会进一步受到削弱，这样在以电动机模式工作时，就会观察到非常明显的变形情况。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是对同类型箱式活塞进行改进，以减小电动机模式下所产生的弯矩在环形段区域内产生的负荷。
本发明用以达成上述目的的解决方案为：所述环形段的每个无支撑底面与相对应的箱壁之间均设有至少一个支撑元件。
本发明人出人意料地发现，将环形段的无支撑底面接合至箱壁后，作用于本发明活塞的负荷大幅降低，因为以电动机模式工作时，环形段在这个区域内的变形强度有所减小。尤其是由多部分构成的焊接型活塞，其焊缝所受到的负荷明显减小，部件稳定性相应得到提高。不必再为环形段采取增强措施，以及/或者将箱壁沿径向向外移置。箱式活塞因设置所述至少一个支撑元件而增加的重量非常小。
本发明的有利改进方案请参阅从属权利要求。
根据一种有利改进方案，所述环形段的每个无支撑底面与相对应的箱壁之间均设有正好一个布置在所述毂孔上方的支撑元件。通过用正好一个支撑元件在环形段弯曲程度最大的区域内将环形段接合至箱壁，可以有效减小其弯曲程度。
每个支撑元件在周向上的延伸幅度均可覆盖整个箱壁。这能特别有效地增强环形段。
根据一种特别优选的改进方案，所述环形段的每个无支撑底面与相对应的箱壁之间均设有正好两个布置在所述毂孔两侧的支撑元件。这能非常有效地增强箱壁区域的环形段，同时还能在强度与活塞重量之间达到最佳平衡点。
所述支撑元件可以至少部分包围所述毂孔的幅度在所述箱壁上延伸。这样就能将作用于环形段的力特别有效地传递到箱壁上。
所述支撑元件的延伸范围优选覆盖所述环形段的无支撑底面的整个径向宽度，以便提供特别有效的支撑作用。
所述支撑元件原则上可采用任何一种设计。关键在于是否能起到支撑作用以及能否将作用于环形段的力传递出去。所述支撑元件例如可以呈肋形或四面体形。所述支撑元件的截面优选呈三角形、梯形或弓形，以便优化支撑作用和力传递效果。
本发明适用于任何一种构造类型的箱式活塞。具体而言，本发明可应用于具有活塞顶部和包含所述支撑元件的活塞底部并且该活塞顶部及该活塞底部通过合适的焊接方法彼此相连接的复合式活塞。箱壁区域的环形段弯曲时所产生的弯矩会使焊缝受到负荷，而本发明的支撑元件可以大幅减轻这种负荷，从而使得此类活塞的部件稳定性得到显著改善。这项几何措施还能明显减小活塞头上的应力。
所述活塞可由任何一种材料制成，特定而言由铁质材料制成。
附图说明
下文将参照附图对本发明的实施例进行详细说明。以下为不按比例绘制的示意图：
图1为本发明所提供的活塞的实施例透视图；
图2为图1所示活塞的正视图；
图3为图1所示活塞在图2基础上旋转90°后的侧视图；以及
图4为沿图2中IV-IV线所截取的剖面图。
具体实施方式
图1至图4为本发明所提供的活塞10的实施例，在本实施例中，该活塞由钢材制成。在本实施例中，本发明所提供的活塞10由两部分构成。它由活塞顶部11和活塞底部12构成。活塞顶部11具有包含盆形燃烧室13a的活塞头13以及包含火力岸14的环绕式环形段15。活塞底部12具有与活塞头13的底面接合的活塞裙16。活塞裙16具有两个裙壁17和两个连接裙壁17且相对于环形段15内凹的箱壁18。由此形成环形段15的无支撑底面25。每个裙壁17的外周面均构成活塞裙16的一个工作面。每个箱壁18均具有设有毂孔21的销毂19。
活塞顶部11和活塞底部12在环形段区域内形成环绕式的外冷却通道22。
在本实施例中，活塞顶部11和活塞底部12以已知方式通过合适的连接方法(例如摩擦焊接)彼此连接。由此形成内侧环绕式焊缝23和外侧环绕式焊缝24。
在本实施例中，环形段15的每个无支撑底面25均借助两个支撑元件26a、26b接合到与之对应的箱壁18上。在本实施例中，支撑元件26a、26b例如通过锻造工艺一体成型于活塞底部12且布置在每个毂孔21的两侧。支撑元件26a、26b大体为截面大体呈三角形的四面体，其中，每个支撑元件26a、26b的尖端均指向相应箱壁18的毂孔21。每个大体为四面体的支撑元件26a、26b的底座均沿环形段15的无支撑底面25延伸，在本实施例中，该底座所采用的尺寸使得每个支撑元件26a、26b的延伸范围均覆盖环形段15的无支撑底面25的整个径向宽度(见图1和图3)。
当然也可以仅设置一个支撑元件并将其布置在毂孔21上方。所述支撑元件在任何情况下都能起到以电动机模式工作时大幅减小环形段15变形的作用。进而还能减小这一变形主要在每个裙壁17与每个箱壁18之间的过渡区域内所产生的应力。其结果是，焊缝23、24和活塞头所受到的负荷大幅降低，本发明活塞10的部件稳定性得到明显提高。

Claims (4)

1.一种用于内燃机的活塞(10)，包括活塞头(13)、环绕式火力岸(14)、具有环形槽的环绕式环形段(15)以及活塞裙(16)，所述活塞裙具有两个裙壁(17)和两个连接所述裙壁(17)且相对于所述环形段(15)内凹的箱壁(18)，并且所述箱壁(18)区域内各形成所述环形段(15)的一个无支撑底面(25)，其中，所述箱壁(18)上设有具有毂孔(21)的销毂(19)，其特征在于，所述环形段(15)的每个无支撑底面(25)与相对应的箱壁(18)之间均设有正好两个支撑元件(26a，26b)，所述两个支撑元件(26a，26b)分别以一间距布置在所述毂孔(21)的两侧，并且所述支撑元件(26a，26b)呈肋形或四面体形，以及所述支撑元件(26a，26b)的截面呈三角形、梯形或弓形。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述支撑元件(26a，26b)的延伸范围覆盖所述环形段(15)的无支撑底面(25)的整个径向宽度。
3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞具有活塞顶部(11)和包含所述支撑元件(26a，26b)的活塞底部(12)，所述活塞顶部和所述活塞底部以焊接方式彼此相连。
4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞(10)由铁质材料制成。
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