[发明专利]轻质结构的柴油机活塞

说明书

本发明涉及用于内燃机的活塞(10)，包括活塞顶(22)、邻接所述活塞顶(22)的圆柱形的活塞头(11)，以及至少部分中空的活塞裙(40)，所述活塞裙(40)形成在活塞头(11)上背离活塞顶(22)的侧面上，并且所述活塞裙(40)具有两个相对的裙壁区段(50)和与所述裙壁区段(50)相连的两个相对的连接壁(60)，其中所述连接壁(60)分别具有销孔(61)，其中，所述活塞头(11)具有环形的冷却通道(18)，所述冷却通道(18)具有至少一个入口(28)和至少一个出口(30)，并且所述两个裙壁区段(50)朝所述活塞头(11)扩宽，使得形成在活塞头(11)上的裙壁区段(50)侧面的扇形长度(L1)大于背离活塞头(11)的裙壁区段(50)侧面的扇形长度(L2)。

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机、特别是柴油发动机的活塞。该活塞尤其设计成例如由铝或铝合金制成的铸造活塞。

背景技术

随着内燃机逐渐提高的性能优化和/或消耗优化，作用在活塞上的热应力和机械应力也逐渐增大。尤其是对于消耗优化而言，需要在减小活塞的重量的同时维持或者甚至是提高活塞的强度和耐久性。为此，采取了一些手段，包括对活塞材料的优化(例如铝合金)、改善散热结构以及其他的措施。

对散热结构的改善已经有所公开，例如DE 102009027148A1。DE 102007058789A1中公开了一种不同的针对重量/性能优化的手段，其中加强肋的特殊设计使得在不危害活塞的强度的情况下减小了活塞的重量。

考虑到对内燃机消耗的优化，希望在维持或甚至提高机械强度和耐热强度的同时有减小活塞的重量的其他措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活塞，尤其是铝或铝合金的铸造活塞，对它的耐热强度/机械强度和重量进行了优化。

该目的通过具有权利要求1的特征的活塞得以实现。

根据本发明的活塞包括活塞顶、邻接该活塞顶的圆柱形的活塞头，以及至少部分中空的活塞裙，所述所述活塞裙形成在活塞头背离活塞顶的侧面上，并且所述活塞裙具有两个相对的裙壁区段以及与所述裙壁区段相连的两个相对的连接壁，其中所述连接壁分别具有销孔。在所述活塞头上设置有具有至少一个入口和至少一个出口的环形的冷却通道。此外，所述裙壁区段分别朝所述活塞头加宽，使得形成在活塞头上的扇形壁区段的宽度的扇形长度大于裙壁区段背离活塞头的侧面的扇形长度。

此处的“扇形长度”指的是沿着活塞的圆柱形外缘延伸的对应的裙壁区段的长度。实际上，术语“入口”和“出口”应理解为同义的，这是因为在散热通道中，入口和出口可能会颠倒，或者两个开口可同时作为入口和出口。

本发明旨在通过多种措施的协同作用(即从与现有技术进行广泛的对比的角度)来实现该目的。该目的通过散热结构结合对散热结构进行优化的活塞裙设计来实现，所述散热结构可有效地降低活塞顶所在的区域内的温度，由此降低该区域内的热应力和机械应力。裙壁区段朝向活塞头的加宽在高应力区域内产生了稳定性，但与此同时允许连接壁向内地收回，因此由于两个销孔之间的距离的减小而减轻了重量。重量降低一方面是由于通过向内移动连接壁使得活塞裙的周向长度或周向表面减小了。另一方面，由于在两个销孔之间的短距离，力的分布变得更加有利，因此可减小活塞裙的壁厚。在这种情况下，重要的是，如果在活塞头中进行冷却的话，上面所描述的活塞裙设计仅显示出所描述的效果，并且仅可通过重量的显著减轻来实现。

优选地，所述环形的散热通道的入口和/或出口位于裙壁区段所在的区域处和/或连接壁所在的区域处。结果，冷却油喷嘴的路径可形成在对应的裙壁区段的内侧上和/或对应的连接壁的内壁上，由此可以低的损失由油喷嘴注入到散热通道中。这会形成非常高效的冷却，进而允许对活塞裙设计进行优化。