[发明专利]用于大型内燃机的活塞

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃柴油机的活塞，活塞具有180至650mm的活塞直径，活塞包括可彼此连接的顶部部分和主体部分，

-顶部部分当安装于发动机的缸中时限定一种燃烧腔室的活塞侧；以及

-主体部分具有用于活塞销（gudgeon pin）的孔口，当使用时在活塞与活塞销之间分配力的凸台，主体部分具有内部、外表面和可操作的连接表面。

背景技术

大型内燃机广泛地用于电厂中要求较高的供电任务中，用作船只推进系统的动力源等。

在大型内燃机中，越来越需要从具有相同缸排量的发动机生成更多功率。目的是为了增加功率比率(power rate)并且同时减少由于发动机造成的排放。取得这些结果的一种方式是当操作时增加缸压力。另一方面，这些大型发动机的可靠性必须也得到改进，即，在操作中的任何故障是特别不希望的。这造成了需要发展这些发动机的所有零件，包括活塞。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于大型内燃柴油机的活塞，其具有在180 mm至650 mm范围的活塞直径。本发明的目的在于提供一种活塞，活塞能够耐受操作中增加的缸压力持续较长时段。

特别地，在内燃柴油机的高功率比率下耐受疲劳的能力为本发明的一个目的。虽然为了这些增加的需求而发展活塞是一项具有挑战性的技术任务，但也要考虑活塞生产的经济方面。活塞优选地被制造成使得一个活塞的单价不太高。因此，必须要考虑制造成本与技术卓越性之间的权衡。在大型活塞的当前市场上，仍然需要不应太昂贵且同时在技术上尽可能不难理解的产品，其在发动机的整个寿命期间工作而不造成任何麻烦。

本发明的特征在于主体部分的内部包括内壁（或表面），内壁具有波状表面的宏观几何形状，其中波的长度为3至25mm，并且波的高度是0.3至3mm，波状表面具有可测量为5至9μm表面粗糙度的微观几何形状。此处，表面粗糙度被测量为R_a，即表面粗糙度的算术平均值。

本发明者已注意到的具有这种类型的内部几何形状的活塞与具有铸造或锻造表面的常规大型活塞相比，抗疲劳性显著增加，并且仍然能保持制造成本在合理水平。具有所要求保护的几何形状的活塞对于疲劳条件做出响应，使得宏观几何形状和微观几何形状的组合实际上排除了在常规活塞中初始裂纹可能开始发展的那些点。

根据一优选实施例，波状表面在内壁中的定向使得波的峰部在活塞的轴向方向上。这允许良好的固体结构而同时可能有最低复杂性的制造。

根据一实施例,形成这种宏观几何形状使得波的峰部由凸台指向内部的一个或多个拱顶。换言之，波的峰部朝向主体部分内部的一个或多个拱顶伸展。这个特点能允许实现几何上平坦或径向对称的几何形状，这种几何形状朝向内部的拱顶会聚。这个特点具有以下效果：其帮助防止那些应力集中，应力集中可能会充当疲劳裂纹的初始点。

根据本发明的一实施例，微观几何形状的表面图案为各向同性的。这意味着主体部分内部的表面包括图案，图案在表面平面的两个方向上基本上类似。这种各向同性表面图案例如可以通过喷丸处理或抛丸处理而获得。这种特点的效果在于使表面平坦从而使得并不存在由于先前的制造阶段所造成的取向标记（诸如由于宏观几何形状的铣削可能造成）。此外，那些提到的方法向主体部分内部的最表层造成显著压缩应力，并且因此也积极地影响活塞的抗疲劳性。因此，根据本发明的实施例，主体部分的内壁包括具有压缩应力的表面层。

定义：

在此上下文中，可操作的连接表面表示活塞的表面，该表面与活塞的其它部分或发动机本身接触或相关地相互作用。例如，当安装时活塞销孔口的触及活塞销的表面是一种可操作的连接表面。而且，主体部分的外侧，在小空隙中滑动并且由来自缸表面的薄油层分开的套筒部分，被认为是可操作的连接表面。而且，在活塞的顶部部分与主体部分之间的连接表面为一种这样的可操作的连接表面。可能存在更多，取决于活塞的实际结构。

而且，在此上下文中，微观几何形状的表面图案各向同性的特点表示该表面在平面方向上，在表面平面的两个方向上类似。此处活塞的轴向方向为当活塞操作时移动的方向。活塞通常为圆形或接近圆形并且因此轴向方向平行于该圆的中心轴线。

关于波状表面的宏观几何形状，波的长度可以例如从波的峰部到相邻波的峰部测量。同样，可以垂直于将波的两个相邻峰部相连接的线段从波的底部测量波的高度。

附图说明

在下文中结合附图更详细地解释本发明，在附图中：

图1表示活塞的总体概观和局部截面图。

图2表示活塞主体部分内部的更详细视图。