专利名称：用于双冲程发动机的活塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于双冲程发动机，特别是用在手持式工作器械，如电锯、砂轮切割器等的混合润滑双冲程发动机的活塞。
背景技术：
由DE 4342044 A1已知一种用于汽车内燃机的活塞，在其内侧上设有一凹槽，它在活塞销孔之上延伸，在此凹槽内可以积聚油，活塞应该压紧在活塞销套筒上。
实际表明，用这种措施不能达到混合润滑双冲程发动机活塞销座的充分冷却。
发明内容
本发明的目的是，制造一种用于双冲程发动机的活塞，用这种活塞时对活塞销座的加热降低。
为此，本发明提供一种双冲程发动机的活塞，它具有限定双冲程发动机的燃烧室的活塞顶部，其中活塞顶部的底面限定双冲程发动机的曲轴箱，所述的活塞还具有活塞销座，用以支承活塞销，其中在活塞顶部的底面和活塞销座之间在离活塞底面距离处形成空腔，它从活塞内部朝活塞裙方向延伸，并且所述活塞在一相对于活塞销座绕活塞纵轴线旋转90°的区域、在活塞顶部下方一距离处具有向活塞内部突起的加厚部位。
为了减少从活塞顶部向活塞销座内传递热量，在活塞销座和活塞顶部之间设置一空腔。这里空腔的深度最好这样选择，使活塞可以用铸造方法制造。同时必须保证保持活塞的强度。因为由于这个原因空腔不能加工成任意深度，因此规定在一相对于活塞销座绕活塞纵向轴线旋转90°的区域内，在活塞顶部下方设置一加厚部位。加厚部位使得热量从活塞底面更好地传入朝向双冲程发动机的入口和出口的位于活塞销座之间的活塞侧壁。通过在活塞销座上方壁厚的减小和在活塞销座之间区域内壁厚加大相结合可以降低对活塞销座的加热。
有利的是设置两个相互对置的空腔，加厚部位沿圆周方向从一条空腔向对面的空腔延伸。通过使加厚部位基本上在位于空腔之间的整个圆周上延伸，保证了从活塞顶部良好的散热，适宜的是设置两个相互对置的加厚部位，从而达到热量均匀地传到活塞裙位于活塞销座之间的部分内。为了良好地散热规定，在活塞顶部下方空腔到活塞顶部的距离内加厚部位处活塞的壁厚至少为活塞半径的20％，尤其是大于30％。加厚部位可以通过这样的方法方便地达到，即活塞内壁从活塞裙到活塞顶部的底面成圆弧形分布，圆弧半径至少为活塞半径的30％，由此达到均匀的过渡。为了减少热量传入活塞销座规定，在空腔区域内活塞的壁厚小于活塞半径的一半。
通过如下的方法可以达到活塞顶部散热的改善，即在活塞顶部的底面上设置至少一条筋。有利的是，筋大致平行于活塞销座的纵轴线延伸，特别是筋垂直于活塞销座的纵轴线分布。在这种情况下规定，加厚部位的至少一段由筋构成。筋使活塞顶部底面表面积加大。由此加大了向曲轴箱的热辐射。在筋垂直于活塞销座的纵轴线分布时间时扩大向垂直于活塞销座，即向活塞的位于活塞销座之间的区域的散热，这里特别是筋过渡到加厚部位中，从而保证良好的散热，有利的是从活塞顶部测量的筋的高度大于空腔与活塞顶部的距离。这使得热量从活塞顶部中间优选是向筋的方向散发，并且由于壁厚较小，较少的热量通过活塞销座散发。
为了进一步减小活塞顶部和活塞销座之间的壁厚，在活塞销座和活塞顶部之间在活塞裙内设置一空腔。空腔深度最好为活塞半径的至少20％，特别是大于30％。空腔使活塞销座之上壁厚减小，从而减小向活塞销座的热量传入，同时通过空腔达到重量减轻。空腔通过一开口与活塞销座内的孔连接。由此可以将空腔设置得靠近活塞销座。空腔可以做得大，从而使活塞重量减轻。即使在活塞具有较小的结构尺寸和活塞顶部和活塞销座之间的距离较小时也可以设置通过开口与活塞销座连接的空腔。空腔优选向空腔方向延伸，从而减小空腔和空腔之间的壁厚。在这个区域内的壁厚优选小于活塞半径的35％，特别是小于30％。
活塞具有至少一个活塞槽，用以使空气通道与双冲程发动机的溢流窗流体连接。合适的是活塞槽设置在活塞销座附近。但是活塞销座也可以设置在活塞槽内。
下面借助于
本发明的实施例。
图1双冲程发动机的示意纵剖视，图2沿图1中II-II线的剖视图，图3活塞的侧视图，图4图3中的活塞沿图3中箭头IV方向的侧视图，图5沿图4中V-V线的剖视图，图6沿图3中VI-VI线的剖视图，图7图6中的活塞沿图6中箭头VII方向的视图，图8和9相应于图6中视图的活塞的剖视图，图10活塞的侧视图，图11图10中的活塞沿图10中箭头XI方向的侧视图，图12沿图11中XII-XII线的剖视图，图13沿图10中XIII-XIII线的剖视图，图14相当于图13中的视图的活塞的剖视图。
具体实施例方式
图1中所示的混合润滑双冲程发动机用于手持工作器械，例如电锯，砂轮切割器等等。双冲程发动机1具有一气缸2，气缸内形成一燃烧室3。燃攻室3由一在气缸2内往复运动地支承的活塞5限定。活塞5通过连杆6驱动可旋转地支承在曲轴箱4内的曲轴7。连杆6通过活塞销38固定在活塞5上。双冲程发动机1具有一通入气缸孔39上的混合物入口9。混合物入口9由活塞5缝隙控制。在活塞上死点区域内混合物入口9向曲轴箱4开启，使燃料/空气混合物可被吸入曲轴箱4内。火花塞8伸入燃烧室3内，以点燃燃料/空气混合物。从燃烧室3引出一出口10。在图1所示的活塞5的下死点区域内燃烧室3通过两个溢流通道11和两个溢流通道13与曲轴箱4连通。溢流通道11、13相互对称设置(图2)。离出口近的溢流通道11用溢流窗12通入燃烧室3，远离出口的溢流通道13用溢流窗14通入燃烧室3。如图2所示，空气通道15的两个支路用空气通道窗16通到气缸孔39上。空气通道窗16设置在远离出口的溢流通道13的溢流窗14的下方，活塞5有两个活塞槽18，它们分别设置在两个溢流通道11和13的区域内。在活塞5的上死点区域内空气通道15通过活塞槽18与溢流通道11和13连通。
在双冲程发动机1运行中在活塞5从图1中所示位置沿气缸纵轴线17方向向燃烧室3运动时燃料/空气混合物通过混合物入口9吸入曲轴箱4。在活塞5上死点区域内来自空气通道15的几乎无燃料的空气预储存在溢流通道11、13内，空气从溢流通道11和13在燃烧室一侧的末端向曲轴箱4方向流动。在活塞5的下行冲程中燃料空气混合物在曲轴箱4内被压缩。在活塞5的下死点区域内活塞5打开溢流窗12和14，使得预储存在溢流通道11和13前面的几乎无燃料的空气和来自曲轴箱4燃料/空气混合物可先后流入燃烧室3。在活塞5的上行冲程中混合物在燃烧室3内压缩，并在活塞5的上死点区域内被火花塞8点燃。由于燃烧活塞5向曲轴箱4方向加速。一旦出口10被活塞5打开，废气便从燃烧室3中流出。这些废气被从溢流通道11和13流入燃烧室3的几乎无燃料的空气通过出口10从燃烧室3中冲走。
在图3至7中放大示出活塞5。活塞5具有一活塞纵轴线20，在双冲程发动机工作时它与气缸纵轴线17重合。活塞5具有一活塞顶部23，它做成平面并限定燃烧室。活塞5朝向曲轴箱4的下边缘24同样做成平面。活塞5在活塞顶部23下方活塞裙27内具有两条环形槽25，槽内安装活塞环，它们使燃烧室3相对于曲轴箱4密封。
如图4和5所示，活塞5具有两个活塞销座21，在它们里面活塞销38安装在孔29内。活塞销38沿活塞销38的垂直于活塞纵轴线20的纵轴线36方向延伸。在每个活塞销座21和活塞顶部23之间设置一空腔19，它从活塞裙27向活塞5内部延伸。但是空腔19不是与活塞内部的连通通道。空腔直接设置在活塞销座21上方，并通过开口30与用于活塞销38的孔29连接。开口30不在空腔19的沿活塞纵轴线20径向测量的整个深度b上延伸，而是在深度b的大约一半上延伸。在空腔19的背向活塞裙27的区域内空腔19和孔29之间设一接片28。在开口30区域内设置一个用于固定定位环的凹槽，定位环固定活塞销38在孔29内的位置。
活塞5具有两个相互对置的活塞槽18，它们设置在活塞5下边缘24和活塞销座21之间并与活塞销座21相邻。活塞槽18与活塞销座21通过接片22隔开(图4)。
如图5所示，在活塞销座21和活塞顶部23之间分别设置一空腔31，它从活塞内部向外延伸。空腔31在活塞5制造时用铸造方法用可折型芯制造。活塞5是单件式的，在空腔31的区域内活塞5具有壁厚i。空腔31的深度这样选择，使得壁厚i小于活塞5的半径h的一半。空腔19大致设置在空腔31的高度上，特别是相对于空腔31向活塞5下边缘24方向略微错开地设置。在空腔19和空腔31之间壁厚g小于活塞5半径h的35％，特别是小于其30％。活塞槽18沿活塞纵轴20径向测量的深度a最好大致相当于空腔19的深度b。空腔31离活塞顶部23在活塞纵轴线20方向具有距离c。
如图6中的剖视图所示，活塞5在相对于活塞销座21绕活塞纵轴线20旋转90°的区域内具有加厚部位32和33。其中加厚部位32设置在活塞5的朝向出口10的区域内，加厚部位33设置在朝向混合物入口9的区域内。加厚部位32和33沿活塞纵轴线20径向测量的壁厚d在离活塞顶部23的距离为c处至少为活塞5半径h的20％，尤其是大于30％，该距离c大致相当于空腔31到活塞顶部的距离c。活塞5的内壁37在加厚部位32和33处以半径r从活塞裙27过渡到活塞顶部23的底面26。半径r至少为活塞5半径h的30％。由于半径r比较大，形成了加厚部位32和33，并得到活塞5壁厚的均匀分布。为了减小重量活塞壁35的厚度选择得显著小于在加厚部位32和33区域内的壁厚d。
如图7所示，在活塞顶部23的底面26上设有筋34。活塞顶部23的底面26朝曲轴箱A张开，使得底面26限定曲轴箱4。在底面26上设有三条筋34，它们在两条空腔31之间平行于活塞销39的纵轴延伸。筋34使得活塞顶部23底面26表面的扩大，使得更容易从活塞顶部23散热。筋34在小的额外重量的情况下同时使活塞5坚固。
如图7所示，加厚部位32和33在活塞5的设置在空腔31之间的整个圆周上延伸。在图7中空腔31用虚线画出，并在图7中所示的活塞5的仰视图中被两个活塞槽18和活塞销座21遮盖。出口端的加厚部位32在一角度β内延伸，入口端的加厚部位33在角度α内延伸。角度α和β可以大致一样大，并最好在80°至150°之间。加厚部位32和33促使热量从活塞顶部23很好地向位于入口端和出口端的部分处的活塞壁35散发。通过空腔31减小向活塞销座21的散热。
图8中表示活塞45的一个实施例。活塞45基本上相应于活塞5，因此相同的元件用相同的附图标记表示，活塞45在活塞顶部23的底面26上有三条筋34，它们平行于活塞销座21的纵轴延伸。在空腔31到活塞顶部23的距离c内活塞45在出口端具有一加厚部位52，在入口端具有加厚部位53。在离活塞顶部23距离为c处加厚部位52和53具有壁厚e，它至少为活塞45半径h的20％。活塞45的内壁37以一半径s过渡到活塞顶部23的底面26。加厚部位52和53处的半径3促使壁厚均匀变化并使热量良好地传入活塞壁35。在用于活塞环的槽25的下方在加厚部位52和53上设一环形凸起46，它确保在用于活塞环的槽25的区域内有足够的壁厚。
在活塞55的在图9中所示的实施例中内壁37以半径t过渡到活塞顶部23的底面26。半径t向内拱起，使得加厚部分62和63做成凸起56。在离活塞顶部23距离为c处加厚部位62和63具有壁厚f，它大于活塞55半径h的30％。在活塞顶部23的底面26上设置三条平行于活塞销座21纵轴线36布置的筋34。
在图10至13中表示活塞65的另一实施例。活塞65具有活塞销座21以及设置在它下面的活塞槽18。但是在活塞销座21和活塞底面23之间不设置用来减轻重量的其他空腔。取而代之活塞65具有在图12中所示的空腔71，它在活塞销座21和活塞顶部23之间从活塞内部向外延伸，在空腔71区域内活塞65的壁厚m小于活塞65半径h的一半。空腔71到活塞顶部23有一距离k。在活塞顶部23的底面26上设置一筋74，它垂直于活塞销座21的纵轴线36和垂直于活塞纵轴线20延伸。筋74的从活塞顶部23测量的高度1大于空腔71到活塞顶部23的距离k。如图13中的剖视图所示，筋74在其末端处过渡到一在活塞顶部23的底面26上的入口端的加厚部位73和一出口端的加厚部位72。由此保证，热量从活塞顶部23基本上传入活塞裙27位于活塞销座21之间的区域。
在图14中所示的活塞75基本上相当于图10至13中的活塞65。活塞75具有一筋84，它垂直于活塞销座21的纵轴线36的延伸。筋84具有一高度n，它大于空腔71到活塞顶部23的距离k，筋84在其末端处以一半径u过渡到活塞75的内壁37。半径n大于活塞75半径h的30％。在本实施例中半径u大致为半径h的一半。因此在筋84与活塞壁35的过渡处通过半径u形成一出口端的加厚部位82和一入口端的加厚部位83。加厚部位82和83优选在筋84的两侧分别延伸到空腔71。活塞销座21也可以设置在活塞槽18内。
权利要求
1.一种双冲程发动机(1)的活塞，它具有限定双冲程发动机(1)的燃烧室(3)的活塞顶部(23)，其中活塞顶部(23)的底面(26)限定双冲程发动机(1)的曲轴箱(4)，所述的活塞还具有活塞销座(21)，用以支承活塞销(38)，其中在活塞顶部(23)的底面(26)和活塞销座(21)之间在离活塞底面(26)距离(c，k)处形成空腔(71)，它从活塞内部朝活塞裙(27)方向延伸，并且所述活塞(5，45，55，65，75)在一相对于活塞销座(21)绕活塞纵轴线(20)旋转90°的区域、在活塞顶部(23)下方一距离(c，k)处具有向活塞内部突起的加厚部位(32，33，52，53，62，63，72，73，82，83)。
2.按权利要求1的活塞，其特征为设有两条相互对置的空腔(31，71)，并且加厚部位(32，33，52，53，62，63，72，73，82，83)沿圆周方向从一条空腔(31，71)向位于对面的空腔延伸。
3.按权利要求1或2的活塞，其特征为设有两个相互对置的加厚部位(32，33，52，53，62，63，72，73，82，83)。
4.按权利要求1的活塞，其特征为活塞(5，45，55，65，75)在加厚部位(32，33，52，53，62，63，72，73，82，83)处在活塞顶部(23)下方空腔(31，71)到活塞顶部(23)的距离(c，k)处的壁厚(c，d，e)至少为活塞(5，45，55，65，75)半径(h)的20％。
5.按权利要求4的活塞，其特征为活塞(5，45，55，65，75)在加厚部位(32，33，52，53，62，63，72，73，82，83)处在活塞顶部(23)下方空腔(31，71)到活塞顶部(23)的距离(c，k)处的壁厚(c，d，e)大于活塞(5，45，55，65，75)半径(h)的30％。
6.按权利要求1的活塞，其特征为活塞(5，45，55，65，75)的内壁(37)从活塞裙(33)到活塞顶部(23)的底面(26)以一半径(r，s，t，u)分布，此半径至少为活塞(5，45，55，65，75)半径(h)的30％。
7.按权利要求1的活塞，其特征为活塞(5，65)在空腔(31，71)的区域内的壁厚(i，m)小于活塞(5，65)半径(h)的一半。
8.按权利要求1的活塞，其特征为在活塞顶部(23)的底面(26)上设置至少一条筋(34，74，84)。
9.按权利要求8的活塞，其特征为筋(34)大致平行于活塞销座(21)的纵轴线(36)分布。
10.按权利要求8的活塞，其特征为筋(34)垂直于活塞销座(21)的纵轴线(36)分布。
11.按权利要求10的活塞，其特征为加厚部位(72，73，82，83)的至少一段由筋(74，84)构成。
12.按权利要求8的活塞，其特征为从活塞顶部(23)起测量的筋(74，84)的高度(l，n)大于空腔(71)离活塞顶部(23)的距离(k)。
13.按权利要求1的活塞，其特征为在活塞顶部(23)和活塞销座(21)之间在活塞裙(27)内设置空腔(19)。
14.按权利要求13的活塞，其特征为空腔(19)的深度(b)至少为活塞(5)半径(h)的20％。
15.按权利要求13的活塞，其特征为空腔(19)通过开口(30)与活塞销座(21)内的孔(29)连接。
16.按权利要求13的活塞，其特征为空腔(19)向空腔(31)方向延伸。
17.按权利要求13的活塞，其特征为活塞(5)在空腔(19)和空腔(31)之间的壁厚(g)小于活塞(5)半径(h)的35％。
18.按权利要求1的活塞，其特征为活塞(5，45，55，65，75)具有至少一个用来使空气通道(15)与双冲程发动机(1)的溢流窗(12，14)流体连接的活塞槽(18)。
19.按权利要求18的活塞，其特征为活塞槽(18)设置在靠近活塞销座(21)的部位。
20.按权利要求14的活塞，其特征为空腔(19)的深度(b)大于活塞(5)半径(h)的30％。
21.按权利要求13的活塞，其特征为活塞(5)在空腔(19)和空腔(31)之间的壁厚(g)小于活塞(5)半径(h)的30％。
全文摘要
用于双冲程发动机(1)的活塞(5，45，55，65，75)具有一活塞顶部(23)，它限定双冲程发动机(1)的燃烧室(3)。活塞顶部(23)的底面(26)限定双冲程发动机(1)的曲轴箱(4)。活塞(5，45，55，65，75)具有一用来支承活塞销(38)的活塞销座(21)。在活塞顶部(23)的下侧(26)和活塞销座(21)之间在离活塞顶部(23)距离(c，k)处形成一空腔(31，71)，它从活塞内部朝活塞裙(27)方向延伸。活塞(5，45，55，65，75)在一相对于活塞销座(21)绕活塞纵轴线(20)旋转90°的区域内在活塞顶部(23)下方距离(c，k)处具有伸入活塞内部的加厚部位(32，33，52，53，62，63，72，73，82，83)。
文档编号F02F3/02GK1807865SQ20061000666
公开日2006年7月26日 申请日期2006年1月23日 优先权日2005年1月22日
发明者H·施勒斯曼, T·乌尔斯特, A·贝纳, R·-R·克姆勒 申请人:安德烈亚斯.斯蒂尔两合公司