往复活塞式内燃机和用于往复活塞式内燃机的往复活塞的制作方法

本发明涉及一种往复活塞式内燃机和一种用于往复活塞式内燃机的往复活塞。

背景技术：

由de19616474a1已知一种用于往复活塞式内燃机的带有环组件的活塞，其中，该活塞包括多个槽和布置在其中的活塞环。在背对活塞顶的槽中布置有刮油环。在该槽中设置有引导到活塞内部中的排油孔。附加地，相邻的中间的活塞环槽同样具有引导到活塞内部中的排油孔。在中间的活塞环槽中的排油孔应径向或径向倾斜地构造。如下被指出，即，在活塞的周缘上可分布地构造有四个在中间的活塞环槽中的排油孔。通过排油孔的该布置，内燃机的油耗应被最小化。

技术实现要素：

本发明基于如下任务，即，提供一种往复活塞式内燃机以及往复活塞供使用，借助于其可实现活塞下侧(kolbenunterseite)的高效冷却。

根据本发明，该任务的解决方案利用独立权利要求的特征实现。本发明的另外的实际实施形式和优点与从属权利要求相联系地进行描述。

根据本发明的往复活塞式内燃机包括至少一个气缸和至少一个往复活塞，其中，往复活塞在往复活塞式内燃机的运行期间在轴向上沿着气缸轴线往复运动。往复活塞具有带有相对往复活塞式内燃机的燃烧室指向的活塞顶和在活塞顶的背侧构造的活塞下侧的基体。活塞下侧背对燃烧室且在曲轴的方向上指向。此外，往复活塞经由活塞销(kolbenbolzen)与连杆相连接。为了冷却活塞下侧，在根据本发明的往复活塞式内燃机的情形中设置有至少一个用于产生环形流体流(ring-fluidströmung)的器件，其中，环形流体流环状地围绕活塞销延伸且流经在活塞下侧与活塞销之间的区域。

在往复活塞式内燃机的运行期间，面对燃烧室的活塞顶以及背对燃烧室的活塞下侧通过在燃烧室中存在的温度加热。在曲轴箱空间(kurbelgehäuseraum，有时称为曲轴箱室)中在往复活塞下方的流体的温度于是在运行期间同样上升且变热的流体在活塞下侧的区域中聚集。处在曲轴箱空间中的在活塞下侧的区域中聚集的流体尤其是油气混合物。处在曲轴箱空间中的流体的流动特性的实际测试和模拟指出如下，即，在紧邻活塞下侧的区域中(尽管往复活塞的往复运动)在大多情况下出现仅非常低的流动速度，这也就是说不出现对流且因此在一方面在活塞下侧的区域中聚集的且持续继续变热的流体与另一方面处在曲轴的方向上更远的、通常更冷的相对活塞顶且相对活塞下侧具有更大间距的流体之间仅存在少的流体交换或不存在流体交换。

根据本发明的往复活塞式内燃机通过提供一个或多个通过产生环形流体流引起活塞下侧的高效冷却的器件解决该问题。在此，环形流体流环状地围绕活塞销流动且因此尤其同样地具有在轴向上的分量，由此引起如下，即，加热的流体由紧邻于活塞下侧或者在活塞下侧与活塞销之间的区域向下在曲轴的方向上被输送且同时更冷的流体从曲轴的方向回流(nachströmen，有时称为再次流动或冲流)。从曲轴的方向输送的流体相比活塞下侧具有更低的温度且因此引起活塞下侧的冷却。

作为用于产生环形流体流的器件尤其设置有在活塞的基体中的通孔，如其在下面详细说明的那样。备选地或补充地，在曲轴箱或至少一个气缸的区域中可布置有至少一个通风设备和/或鼓风机(或多个通风设备或者鼓风机)，其由在往复活塞下方的区域在活塞下侧的方向上如此地输送更冷的流体，即，出现环形流体流。同样备选地也可设置有一个或多个泵，已经变热的流体借助于所述一个或多个泵被从在活塞下侧与活塞销之间的区域泵出。在此，通风设备或鼓风机的驱动可经由外部能量源实现且/或通过往复活塞的往复运动来驱动。

在根据本发明的往复活塞式内燃机的一种特别有利的实施形式中，在往复活塞的基体的外周缘处构造有至少一个活塞环槽，且作为用于产生环形流体流的器件构造有至少一个在基体中的通孔。在此，所述至少一个通孔由至少一个活塞环槽或(如果构造有多个活塞环槽)由相对活塞顶具有最大间距的那个活塞环槽延伸直至活塞内侧。在此，作为活塞内侧被理解为往复活塞的整个内面，其不仅包括活塞下侧而且也包括内周缘壁。换而言之，至少一个通孔对于多个活塞环槽构造在往复活塞的基体处的情况而言在往复活塞的安装位置中由最下方的活塞环槽出发被构造。通常，在该活塞环槽中布置有刮油环。

在往复活塞式内燃机的运行期间，在燃烧室中形成的窜气(blow-by-gas，有时称为吹漏气)沿着往复活塞的外周缘在曲轴箱空间的方向上流动。在此，窜气同样通过至少一个在所述一个活塞环槽中或者在相对活塞顶具有最大间距的活塞环槽中的通孔在活塞内侧的方向上到达。构造在最下方的活塞环槽上方的活塞环槽或多个活塞环槽通常用于相对燃烧室密封曲轴箱空间，以便于降低或者避免窜气从燃烧室的泄漏。

如在下面还将进一步说明的那样，通过至少一个用于冷却活塞下侧的通孔的合适布置或者构造以如下方式产生环形流体流，即，通过所述至少一个通孔在活塞内侧的方向上流动的窜气挤压且在曲轴的方向上输送处在活塞下侧的区域中的已经变热的流体。在此，至少一个通孔的构造是一种用于产生用于冷却活塞下侧的环形流体流的特别简单且有利的可行性方案。尤其地可取消附加的结构元件、如例如喷油嘴，借助于其将用于冷却活塞下侧的油喷射到其上。当在往复活塞中构造或布置有冷却通道时，该冷却通道尽管通孔的构造可保持不变。借助于流动通过至少一个通孔的窜气，附加地引起油雾在曲轴箱空间的方向上的回油(ölrückführung，有时称为油回引)且因此反作用于油雾在燃烧室的方向上的流动。

尤其地，至少一个通孔的流出口的主流动方向(下面也被称作流出角度)如此地相对水平倾斜，即，该主流动方向从活塞顶远离指向或者远离引导。在构造成钻孔或直线构造的通孔的情况中，当燃烧室在轴向上处在活塞上方时，于是通孔的相对活塞环槽指向的区段在轴向上观察布置在通孔的相对活塞内侧指向的区段上方。换而言之，通孔在该情况中在窜气的流动方向上观察向下(也就是说至少部分在重力方向上定向地)倾斜。水平此处表示垂直于气缸轴线的平面。通过至少一个通孔的倾斜，处在活塞下侧的区域中的流体至少部分在轴向上在曲轴的方向上被加速或者被输送。通过强制地使流体回流，因此出现环形流体流。

优选地，至少一个通孔相对水平的倾角为至少10°、优选至少20°、进一步优选地至少30°且特别优选地至少45°。至少一个通孔相对水平的倾角越陡，变热的流体从在活塞下侧与活塞销之间的区域在曲轴的方向上或者在曲轴箱空间中向下越高效地被输送。与之相应地，更冷的流体同样在活塞下侧的方向上回流。

当在周缘方向上彼此间隔地、尤其大约相对而置地设置有至少两个相应地相对水平具有不同倾角的通孔时，该环形流体流特别显著且因此活塞下侧的冷却特别高效。例如，一个通孔可布置在活塞的压力侧上且另一通孔可布置在活塞的相对压力侧(gegendruckseite，有时称为反向压力侧)上。如下是同样可能的，即，相应地一个或多个通孔以平缓的倾角布置在一侧上且一个或多个通孔以更陡的倾角布置在相对而置的侧上。这样的非对称构造的、相对水平倾斜的通孔可尤其如此彼此协调，即，窜气相应地如此流动通过通孔，即，获得环形流体流的形成。更陡地构造的通孔表示带有相对水平至少20°、优选至少30°且特别优选地至少40°的角度的流出口。平缓构造的通孔表示相对水平围成相比其它通孔的角度更小的角度的流出口。优选地，在水平与平缓构造的通孔的流出口之间的角度最大为30°、优选最大为20°、特别优选地最大为10°。平缓构造的流出口同样可水平地构造或在活塞顶的方向上倾斜，也就是说设定负的角度。通过平缓构造的通孔被输送到活塞的内部空间中的窜气横向于气缸轴线径向在其方向上输送处在该处的空气或者处在该处的流体。在相对而置的侧上，于是以更陡地构造的通孔产生在曲轴方向上的窜气流体流，由此流体在远离活塞顶的方向上、优选主要在轴向上被输送。

尤其地，至少一个通孔布置在基体的压力侧和/或基体的相对压力侧上。如果仅构造有一个通孔，则该通孔可布置在压力侧或相对压力侧处。在设置有多个通孔的情况中，不仅可能全部的通孔能够布置在压力侧上或在相对压力侧上。如下被认为是特别有利的，当相应地至少一个通孔构造在压力侧和相对压力侧上时。在此，往复活塞的那个侧(在其处往复活塞在往复活塞式内燃机的运行中在膨胀阶段期间被按压到气缸壁处)被称为压力侧。相对压力侧是往复活塞的与压力侧相对而置的侧。在压力侧和/或相对压力侧处的布置尤其在设计上良好地适配，因为此处基体在这些区域中的材料厚度更小且由此通孔的构造例如借助于钻孔被简化。

为了获得在活塞下侧的方向上流动通过通孔的窜气的不同流动方向，可设置有多个通孔，其在基体的周缘上分布地布置。尤其地，多个通孔如此地分布，即，其相应等距地布置在压力侧和相对压力侧上。优选地，通孔在压力侧和相对压力侧上镜像地布置，其中，气缸轴线形成镜像平面。尤其地，2、3或4个通孔相应地设置在压力侧和相对压力侧上。

至少一个通孔的直径或者最大横截面延伸尤其为至少1mm、优选至少1.5mm且特别优选地至少2mm。

模拟得出如下，即，活塞下侧的冷却特别强烈地显著，当至少一个第一通孔布置在基体的相对压力侧上且至少一个第二通孔布置在基体的压力侧上时，其中，至少一个第二通孔相比至少一个第一通孔更少地相对水平倾斜。

本发明同样涉及一种用于往复活塞式内燃机、尤其用于如之前所描述的往复活塞式内燃机的往复活塞。根据本发明的往复活塞尤其同样具有之前与往复活塞相关联地进行说明的特征中的一个或多个。往复活塞具有带有活塞顶和在活塞顶的背侧构造的活塞下侧的基体且往复活塞可经由活塞销与连杆相连接。在往复活塞的基体的外周缘处构造有至少一个活塞环槽，其中，由至少一个活塞环槽或(如果构造有多个活塞环槽)由相对活塞顶具有最大间距的那个活塞环槽出发，至少一个第一通孔以相对水平大于10°的流出角度延伸直至活塞内侧。借助于所述至少一个通孔，如之前所说明的那样产生用于冷却活塞下侧的环形流体流。

尤其地附加于至少一个第一通孔，至少一个另外的第二通孔由至少一个活塞环槽或(如果构造有多个活塞环槽)由相对活塞顶具有最大间距的那个活塞环槽延伸直至活塞内侧。在此，至少第二通孔的流出角度相比第一通孔与水平围成更小的角度。这同样包括在其中第二通孔纯水平地延伸或流出口在活塞顶和燃烧室的方向上倾斜、也就是说角度是负的变型方案。关于第一通孔和第二通孔的该非对称布置的优点参照之前的说明。

附图说明

本发明的另外的实际实施形式在下面与附图相关联地进行描述。其中：

图1以横截面形式显示了根据本发明的往复活塞，

图2以透视视图形式显示了来自图1的往复活塞，

图3以根据在图1和图2中的箭头iii的侧视图形式显示了来自图1和2的往复活塞，

图4以直至根据图1中的箭头iv的侧视图形式显示了来自图1的往复活塞，

图5以带有根据图1至4的往复活塞的示意性图示形式显示了根据本发明的往复活塞式内燃机的局部。

附图标记列表

10往复活塞

12往复活塞式内燃机

14基体

16活塞顶

18活塞下侧

20活塞销毂(kolbenbolzennabe)

22a,22b活塞裙(kolbenhemd)

24相对压力侧

26压力侧

28侧壁

30开口

32活塞内侧

34内周缘壁

36a,36b,36c活塞环槽

38用于产生环形流体流的器件

40a,40b通孔

42气缸

44气缸壁

46燃烧室

48曲轴箱

50曲轴箱空间

52环形流体流。

具体实施方式

在图1至4中示出了用于往复活塞式内燃机12的根据本发明的往复活塞10。往复活塞10包括带有活塞顶16的基体14，该活塞顶在往复活塞式内燃机12的运行中在燃烧室的方向上指向(参见图5)。此外，基体14具有在活塞顶16的背侧构造的活塞下侧18。活塞下侧18在往复活塞10的安装位置中在曲轴的方向上指向。此外，往复活塞10具有通过活塞销毂20引导的活塞销(未示出)，其可与连杆(未示出)相连接。此外，往复活塞10的基体14包括第一活塞裙22a，其布置在往复活塞10的相对压力侧24上(在图1和图5中在往复活塞10的右侧上)，以及包括第二活塞裙22b，其布置在往复活塞10的压力侧26上(在图1和图5中在往复活塞10的左侧上)。在第一活塞裙22a与第二活塞裙22b之间相应地延伸有侧壁28(参见图2)。活塞销毂20提供了用于容纳未示出的活塞销的开口30。往复活塞10具有活塞内侧32，其不仅包括活塞下侧18而且包括内周缘壁34。

在往复活塞10的基体14的外周缘处此时构造有三个活塞环槽36a,36b,36c。相对活塞顶16具有最大间距的最下方的活塞环槽36c用于容纳刮油环(未示出)。两个构造在其上方的活塞环槽36a,36b用于容纳密封环(未示出)，曲轴箱空间借助于其相对燃烧室被密封，从而尽可能少量的窜气由燃烧室出发到达到曲轴箱空间中。

在最下方的相对活塞顶16具有最大间距的活塞环槽36c中，作为用于产生环形流体流38的器件此时构造有两个通孔40a,40b。在图1中在往复活塞10的右侧(相对压力侧24)上构造有第一通孔40a，其由最下方的活塞环槽36c出发延伸直至活塞内侧32。第一通孔40a此时相对水平h倾斜且与水平h围成65°的角度。在图1中所显示的左侧(压力侧26)上构造有第二通孔40b，其同样由最下方的活塞环槽36c延伸直至活塞内侧32。此处所显示的第二通孔40b在水平方向上延伸。

在图2和图3中可良好地辨认出带有第一通孔40a的根据本发明的往复活塞10的相对压力侧24。图4以朝向压力侧26的视线显示了根据本发明的往复活塞10，其中，第二通孔40b水平地在活塞内侧32的方向上延伸。

在图5中示出了带有根据本发明的往复活塞10的根据本发明的往复活塞式内燃机12的局部。往复活塞式内燃机12具有带有包围燃烧室46的气缸壁44的气缸42。在气缸42内，往复活塞10在往复活塞式内燃机12的运行中在轴向上沿着气缸轴线z往复运动。在气缸壁44的下端部处联接有曲轴箱48，其包围曲轴箱空间50且在其中布置有曲轴(未示出)。

在往复活塞式内燃机12的运行中，面对燃烧室46的活塞顶16和同样地活塞下侧18变热。同样地在曲轴箱空间50中得出示意性地借助于箭头t被示出的温度梯度，其中，在活塞下侧18与活塞销毂20之间的区域中相比进一步下面在曲轴箱空间50中在曲轴的方向上存在更高的温度。

下面说明以用于产生环形流体流38的器件如何产生用于冷却活塞下侧18的环形流体流52。通过往复活塞10沿着气缸轴线z的往复运动、由此引起的压缩和燃烧过程，其引起在燃烧室46与曲轴箱空间50之间的压差，窜气从燃烧室46在曲轴箱空间50的方向上在基体14与气缸壁44之间顺着流动。窜气通过通孔40a,40b由最下方的活塞环槽36c在活塞内侧32的方向上到达。通过布置在压力侧26上的第二通孔40b，在压力侧26的区域中且在活塞下侧18与活塞销毂20之间的区域中存在的流体在相对压力侧24的方向上被输送。流动通过第一通孔40a的窜气(其由于第一通孔40a的倾斜具有轴向分量)向下在曲轴的方向上输送在活塞下侧18下方变热的流体。同时，间隔于活塞下侧18的更冷的流体在压力侧26上回流。因此形成环形流体流52，其流经在活塞下侧18与活塞销毂20之间的区域且在此引起流体交换。

本发明的在该说明书中、在附图中以及在权利要求书中所公开的特征不仅可单独地而且可以任意的组合对于本发明以其不同的实施形式的实现而言是重要的。本发明可在权利要求书的范围中且在考虑主管的本领域技术人员的知识的情形下被改变。