用於內燃機的碳素活塞的製作方法

2023-05-02 18:05:11 3

專利名稱：用於內燃機的碳素活塞的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1的前序部分的用於內燃機的由碳構 成的活塞。本發明另外涉及一種由這樣的碳素活塞與不同材料製成的 氣缸的不同配對。
背景技術：
隨著對現代汽油發動機及柴油發動機要求的提高，需要採用具有 較小質量和較小結構體積的活塞。對此已經出現了一種由改性的碳構 成的碳素活塞，例如或者由具有確定的最小抗彎強度的壓縮石墨、硬
化動力燃煤(Hartbrandkohle ) ( EP畫258330A1 )，或者由一種石墨構 成的這類活塞，石墨是由一種無結合劑的碳、即一個所謂的中間相制 成。該中間相為一種原材料，其作為碳氫化合物的液相熱解的中間產 物，最好是由碳基及來自石油的瀝青所衍生，並由聚芳醯胺構成。由 這種聚芳醯胺通過碳化和石墨化所產生的粒子尺寸在微米範圍內的中 間相球粒，即是原材料顆粒。
與活塞材料鋁相比，碳具有較小的熱膨脹係數，這大大降低了活 塞和氣缸工作表面之間的間隙。另外，由於碳的油吸納性，並且不易
於被卡住(參見EP258330A1 )，碳作為活塞材料有很好的自潤滑特性 和冷態運行特性。
EP1042601B1公開了 一種用於內燃機的碳素活塞，其特點是一個 與材料相匹配的造型，其中活塞頂底側面在轂加厚部之間的區域中構 成一個拱形表面。
但是儘管如此，至今還沒有能夠符合轎車、貨車、雙輪車和馬達 驅動的工作機械所要求的高使用壽命的系列碳素活塞。另外，由於碳
和材料鋁相比熱傳導性較差，在運行時碳素活塞中產生的溫度場可能 與鋁活塞中的顯著不同。另外還有以下問題碳和鋁的熱膨脹係數不
同；傳統的碳素材料的彎曲斷裂強度比鋁遠低。

發明內容
因此本發明的目的是提供一種內燃機用的碳素活塞，具有較高的 使用壽命，可以替代已成系列的鋁活塞、特別是用於轎車和貨車，並 且同時碳素活塞的優點和鋁活塞的優點相結合。
實現本發明目的的技術方案是 一種用於內燃機、特別是適用於 轎車、貨車、 一個在活塞頂上沿軸向連接的活塞頂岸、 一個環形區段
和一個設置有一個用於容納活塞銷的轂孔的活塞裙，其中裙壁在裙內 側面上為了構成所述穀孔而具有彼此對置的轂加厚部，所述轂加厚部 通過倒圓延伸到活塞頂底側面，同時所述活塞頂底側面在所述轂加厚 部之間的區域中構成一個拱形表面，並且所述拱形表面至少在轂孔的 上面的區域中連接到轂加厚部上，其中規定，所述碳素基體通過輕金 屬或輕金屬合金滲透。
通過所述碳素基體利用輕金屬或輕金屬合金滲透，在本發明的碳 素活塞中建議一種複合材料，其同時具有碳素活塞和鋁活塞的優點。 在此由一種碳素活塞出發，其將鋁通過氣壓滲透或擠壓鑄滲滲透。在 上述兩種方法中，碳素活塞被加熱到鋁熔化溫度以上，然後使液態的 輕金屬在壓力下被擠壓到碳素基體的細孔中。
本發明的碳素活塞也採用在小型馬達種，例如其對於馬達驅動的 工作機械、例如鏈鋸或割草機是必需的。
同樣用於大型工作機械例如挖掘機、起重機等的馬達以及用於船 舶、火車等的驅動馬達可以配備按本發明的碳素活塞。
在一個優選的方案中，所述碳素基體為最細粒石墨基體。由中間 相和瀝青粘合劑的混合物組成的最細粒石墨的顆粒尺寸最好是 l-5nm，該材料特別適合於作為往復活塞式發動機的活塞的大功率材 料。因此本發明的碳素活塞為由一種用輕金屬滲透的改性的中間相構 成的碳素活塞。通過用輕金屬滲透處理，最細粒石墨的彎曲斷裂強度 可提高直至120%。活塞坯件的彎曲斷裂強度在滲透處理後最好是提
高到170-220MPa，以承受如柴油發動機中可能出現的較高的尖峰壓 力。
在另一個優選的方案中，所述活塞體積中的所述輕金屬或輕金屬 合金的體積百分比含量為5%-50%。通過改變輕金屬或輕金屬合金的 體積百分比含量可以調整如彎曲斷裂強度、熱膨脹係數、熱傳導係數 等材料參數。
在另一個優選的方案中，所述活塞體積中的所述輕金屬或輕金屬 合金的體積百分比含量為5%-30%。
另外可以規定，所述輕金屬為鋁或鋁合金。通過應用鋁或鋁合金 就獲得與鋁製發動機氣缸的非常良好的適配性。
此外可以規定，所述輕金屬為鎂或鎂合金。通過應用鎂或鎂合金 就獲得與鎂合金制發動機氣缸的非常良好的適配性，鎂合金制發動機 氣缸具有非常好的的單位功率重量。
另外的優選方案針對碳素基體。
可以規定，在碳素基體中開口大部分、也就是說至少68%具有 0.6nm-1.0nm的細孔尺寸，其中最小的細孔尺寸為0.3jim。
在另一個優選的方案中，碳素基體中的細孔大部分具有在0.4nm 和0.8lam之間的細孔尺寸。
可以規定，碳素材料的彈性模量為12GPa-30GPa，彎曲斷裂強度 為120MPa-220MPa。具有上述材料參數的碳素材料，能實現將本發 明碳素活塞或最細粒石墨活塞應用在具有高可靠性和極耐熱性要求的 持久運行中。傳統的鋁活塞在熱力負荷直至50%或更大時將喪失彎曲 斷裂強度，而由最細粒石墨制的經過滲透處理的活塞能夠在整個運行 溫度範圍內保持恆定相同的強度水平。
另外可以規定，所述活塞的密度為1.8g/cm3-2.4g/cm3。
所述活塞的熱傳導係數為30W/m*K-200W/m*K。所述活塞材料 的熱傳導係數與氣缸的熱傳導係數和/或曲軸殼體的熱傳導係數能夠 很好的匹配，並且可以最優化設置。
可以規定，所述在活塞頂底側面上構成的拱形表面與活塞頂上側
面的表面造型無關。
另外有利的實施形式在權利要求13至23中針對活塞頂底側面的 實施形式。
另外有利的實施形式在權利要求24至31中針對活塞的其它區域， 例如針對活塞頂岸的實施形式。
本發明的碳素活塞也可以和不同的氣缸工作表面進行組合配置。 活塞在冷的狀態下的安裝間隙取決於氣缸工作表面的材料選擇。該間 隙在應用陶資制的氣缸工作表面時較小，但在由鋁、灰口鑄鐵或鋼製
的金屬氣缸工作表面中較大。但是基本上可以由氣缸工作表面不同程 度的冷卻來平衡不同的熱膨脹係數。
作為用於碳素活塞的碳素基體的原始材料可以是如上述的改性的 碳或由中間相構成的碳，其彎曲斷裂強度為約65MPa-160MPa，例如 由最細粒石墨構成，其由一種無粘合劑的碳， 一個所謂的中間相製成 並且含有相匹配的瀝青粘合劑。該中間相為一種原材料，其作為碳氫 化合物的液相熱解的中間產物，最好是由碳基及來自石油的瀝青所衍 生，並由聚芳醯胺構成。由這種聚芳醯胺通過碳化和石墨化所產生的 粒子尺寸在微米範圍內的中間相球粒，即是原材料顆粒。通過將中間 相與瀝青粘合劑的特別的混合就製成一種具有顆粒尺寸為l-10^im的 最細粒石墨，其最終狀態為具有敞口的多孔性。


由下面藉助於附圖對實施例的描述得出本發明的其它優點和特 徵。其中
圖1是沿圖3中剖面線I-I的一個局部剖面圖及帶有活塞外表面 的局部浮見圖，
圖2是沿圖3中剖面線II-II的一個局部剖面圖及帶有活塞外表面 的局部視圖，
圖3是沿圖I中剖面線III-III的剖面圖，
圖4是本發明的活塞的另一實施例的軸向剖面圖，
圖5是本發明的活塞的另一實施例的對應於圖2的剖面圖， 圖6是本發明的活塞的另一實施例的類似圖4的軸向剖面圖， 圖7是圖6所示的活塞沿圖6中箭頭VII方向的局部視圖， 圖8是本發明的碳素活塞的輪廓和其相對氣缸工作表面的間隙的 圖解示意圖。
具體實施例方式
如圖1-3所示，用於柴油發動機的活塞按傳統方式包括一個活塞 頂1、 一個活塞頂岸2、 一個環形區段3和一個活塞裙4。在所述活塞 頂1的上側面上設置一個凹槽11。在所述活塞裙4的外周表面41上 開設有用於在直徑上相對設置的、用於圖中未示的活塞銷的轂孔5， 所述轂孔5設置在活塞裙4的內壁42出發的轂加厚部51中。在轂孔 5的外端部上設有一個用於設置安全環(圖中未示)的溝槽52,所述 安全環用於鎖定所述活塞銷。轂孔5具有 一個橫向延伸的與活塞銷軸 線一致的軸線53。
活塞由一種碳素基體構成，在其細孔中被滲入了鋁。在本實施例 中碳為最細粒石墨。該活塞首先構成為多細孔的碳素活塞，並且然後 將鋁通過擠壓鑄滲方法滲入。為此，碳素活塞被加熱到高於鋁的熔點 的溫度，然後置於壓鑄設備的鑄模中。將該鑄模閉合，液態的鋁被充 注到鑄腔中，並且通過一個擠壓活塞被擠壓到碳素活塞的細孔中。當 然也可以設定，將鋁置於真空狀態下，然後通過高壓氣體(例如氮氣) 擠壓到碳素活塞的細孔中(氣壓滲透)。
上述用鋁滲透後的碳素活塞具有如下的參數，其中採用材料名稱 為FU4617 (Fa. Schunk)的最細粒石墨
在活塞體積中的鋁的體積百分比含量19%;
碳素基體的平均細孔尺寸(滲透之前)0.35|iim;
活塞的彈性模量(楊氏模量)22GPa;
彎曲斷裂強度182MPa;
活塞的密度2.2g/cm3;
活塞的熱傳導係數92W/m*K; 膨脹係數8.8xl(T6/K;
作為最佳實施例適用一種滲透鋁的最細粒石墨，其具有如下優選 的物理參數
彎曲斷裂強度180-220MPa; 楊氏才莫量18-24GPa; 密度2.0-2.25g/cm3; 熱傳導係數卯-140W/m'K。
在環形區段3中用於設置活塞環(圖中未示出)的三個環形溝槽 31,其中最下面的環形溝槽用於容納一個刮油環。所述槽的槽底分別 被設有倒圓半徑，以避免造成應力集中。在用於所述刮油環的環形溝 槽31的下面的槽側壁上，沿活塞的圓周方向上在轂孔5旁設置一個排 放口 32，所述排放口 32通入到活塞裙4外周表面的一個淺平油室33 中。所述油室33在油排放口 32的附近例如具有3mm的深度並且並 且弧形地環繞在包圍轂孔5的轂加厚部54的外面。其深度在下面端部 處逐漸減小，直至在外周表面41處消失。該油室也可以被設置為垂直 面的結構。
如在圖2中所示，活塞頂1的底側面12具有一個拱形的表面，在 本實施例中是近似於一個圓柱表面，其圓柱軸線(圖中未示出)與活 塞軸線垂直相交。也就是說，活塞頂1的底表面12是由垂直於圖2 的圖平面的直線構成，並且通過倒圓過渡到轂加厚部51的彼此對置的 端側面55中(圖l)。在兩個對置的轂加厚部51之間，該活塞頂底表 面12以圓柱體半徑延伸，並且通過一個半徑較小的倒圓連接到活塞裙 4的內壁42上。上述過渡延伸超出了該環形區段3的下面的端部，在 環形區段3下面的端部，活塞裙4連接在環形區段3上。
活塞頂l的直徑，也即活塞直徑D，在本實施例中為86.835mm; 活塞頂1的厚度從活塞頂岸2的上邊緣起在活塞頂的底表面12的頂點 處為22mm (不考慮凹部11)。活塞從活塞頂岸2的上邊緣到下面的 裙邊緣44的整個高度是76.3mm，其中，活塞裙4具有一個7.5mm的
殼厚度。由此得到活塞頂厚度為0.25D,也就是說，得到一個比例，
這個比例對於這種尺寸的柴油發動機活塞來說明顯地大於一個鋁活塞
或灰口鑄鐵活塞的相應數值。
如圖4所示為一用於直噴柴油發動機的碳素活塞的縱剖圖，所述 碳素活塞設有一個燃燒室凹槽。如圖所示，該活塞頂的底表面12'呈現 為一個拱形表面，本實施例與圖1-3中所示實施例的差別在於該活 塞頂的底表面12'不是一個到活塞內壁一直連續的圓柱表面，而是橫向 於活塞銷軸線由三個圓柱表面組合構成。因此這個表面的主要部分a 具有一個半徑Ra，其中心點A位於活塞軸線14上。兩個彼此對置的 表面區段b相對這個位於活塞銷軸線上的活塞中央平面對稱，並且半 徑為Rb，其中心點B位於一個與活塞銷軸線相交的橫向軸線上。可以 理解，表面區段b分別在垂直於圖4的圖平面方向上的延伸長度比該 中央的表面區段a短，因為它們必須以一個過渡半徑延伸到活塞裙的 內壁中。
在活塞頂岸2'的區域中，圖4的活塞的直徑為68.87mm。半徑 Ra及Rb相應分別為41mm及12mm。
按照圖5所示實施例的活塞在尺寸和結構方面與圖4所示的活塞 相似。它與圖4的區別以及與圖1-3所示的實施例的不同之處在於 除了在環形溝槽31'的下面的槽側壁中的排放口 32'以外設置多個導引 到活塞內部的排放孔35。所述排放孔有助於通過外部油室33'進行排 油。
圖6與7所示的活塞與圖4中所示的活塞類似，在活塞頂的上側 面具有一個燃燒室凹槽，也是用於一個直噴柴油發動機。但是下面的 一般的闡述與活塞頂的上側面結構是無關的，因此也適用於上側面為 平面的情況。與圖4所示實施例的不同之處在於，該活塞頂底表面112 構成一個迴轉橢圓體的部分表面，其迴轉軸線113與活塞軸線114重 合。迴轉橢圓體的大主軸線115是與活塞軸線114成直角延伸的，並 同時也與轂孔105的軸線153 (如圖7)成直角延伸，所述軸線153 同時即是活塞銷(圖中未示出)的銷軸線。此外，在本實施例中的大
主軸線115與轂孔5的軸線153同時與活塞軸線114相交。因此，回 轉橢圓體的中心點M與活塞軸線114和軸線153的交點相重合，並且 構成活塞頂底表面112的部分表面與迴轉橢圓體的半個球形表面在很 大程度上是一致的。
對於實際情況，上述迴轉橢圓體的部分表面可以近似為一個具有 半徑R，a的球拱，在該球拱上在大主軸線115的兩個端部上分別連接 一個半徑為R，b的半球拱表面。半徑R，a的中心點A，位於活塞軸線114 上；半徑R，b的中心點B，分別位於大主軸線115上。半徑R，a基本上 決定了該活塞頂底側面112的表面曲線，可以按照公式
R，a-rimin+d/2計算。
ri表示中心點M到活塞頂底側面112的間距，因此rimin即是中心 點M到活塞頂底側面的最小間距，需要沿著活塞軸線114測出。d表 示活塞裙104的內壁142在大主軸線115的高度上的直徑，此時該高 度等同於在轂孔105的軸線153的高度。
從在上述所給出的尺寸範圍0.12D至0.30D (D^活塞額定直徑) 來確定活塞頂厚度的尺寸出發及從在上述給出的尺寸範圍 0.05D-0.075D來確定裙壁厚度S的尺寸出發，可以分別確定中心點A， 在活塞軸線114上的位置及中心點B，在主軸115上的位置。其中在確 定活塞頂厚度的尺寸時必須注意，環形區段103的最下面的環形溝槽 足夠遠地超出拱形的活塞頂底側面，以免由於在這個位置上的橫截面 減小而影響力流及熱流。這樣產生的部分球面之間的過渡必須圓滑， 實施例中是通過向一個迴轉橢圓體表面的過渡表面來實現。在這個實 施例中，活塞頂底表面112在轂孔105軸線153的方向上延伸的距離 要小於在橫向於所述軸線153的方向上的延伸距離，因為在轂加厚部 151的區域中必須考慮到，還要設置足夠的自由通道以用於連杆孔。 上述到轂加厚部151的過渡均需要倒圓。
用於確定該活塞頂底側面112的拱形表面的半徑也可以通過參考 值R，^KD，此處K=0.5-0.75來估計或確定。
因此本發明的活塞的活塞頂的內部輪廓與傳統鋁活塞的內部輪廓
明顯地不同，在傳統鋁活塞中，該活塞頂基本上為平板形，並且僅僅 在到活塞頂岸的過渡處及到載有活塞環的環形區段的過渡處被倒圓。
因此在計算承載較高的本發明碳素的活塞(倒如按圖6的活塞)的活 塞頂的強度時，該活塞頂的抗扭強度就可以根據空心比例為常數的中 空橢圓體的抗扭強度近似地計算，其公式為
W=7i/32 CD (I-a4),
a-c/C-d/D-ri/r^常數
在本實施例中ramax=D/2。如圖6所示，作為這個計算基礎的橢圓 中空體用交叉陰影線標明。
本發明的活塞在用於相對小承載的、例如用於汽油發動機時，活 塞頂厚度和裙壁厚度s都可以選擇上述尺寸範圍的下界。在這種情況 下，對於活塞頂抗扭強度的計算就可以採用具有恆定壁厚的中空橢圓 體的抗扭強度的簡化公式
W 0.2sD ( D+3C )。
上述對活塞頂底側面112的表面曲線的計算及對其抗扭強度的計 算都可以無明顯誤差地轉用到具有橢圓橫截面的柱體的部分表面的活 塞頂底表面上。所述柱體的軸線垂直於活塞軸線114，並與轂孔105 的軸線153相重合，也就是說該柱體的母線垂直於圖6的圖平面。所 述柱體的橢圓橫截面的大主軸線115垂直於活塞軸線114，並且也垂 直於軸線153 (見圖6)。在這種情況下，在主軸線115的端點區域內， 則需要過渡表面在向活塞裙104過渡時基本上伸展到圓柱形內壁142 中。
在圖7中，通過由橫向於活塞軸線114的橫截面產生的等高線116 只是定性地表示該過渡表面。
相應的論述也適用於如下情況，即活塞頂底側面由 一個迴轉橢圓 體的部分表面構成，其軸向剖面則產生如圖6所示迴轉橢圓體相同的 圖形，但是該迴轉橢圓體的迴轉軸線為大主軸線115。而且在這種情 況下，迴轉橢圓體的中心點處於活塞軸線114和轂孔105軸線153之 間的相交點M上。上述結構造型就在轂加厚部151之間產生一個拱形
表面，其只需通過一個微小的倒圓過渡到轂加厚部中，但卻在大主軸
線115的兩個端部的區域中提供了活塞裙104的較大壁厚。在碳素活 塞中，應儘量不用在鋁活塞中經常應用的偏心配置(活塞銷軸線相對 活塞軸線偏移)。但即使是表明應用一個偏心配置，其偏心程度也比鋁 活塞的情況小。上述如圖4、 5和6所示的實施例，均沒有偏心配置。 因此在圖6的實施例中，其活塞頂底側面是由一個迴轉橢圓體的部分 表面構成，故其中心點M也位於轂孔的軸線上。但如果活塞配置有一 個偏心結構的話，則中心點M只在該轂孔軸線的高度上位於活塞軸線 中，該轂孔軸線在這種情況下與活塞軸線相交。
在所有上述實施例中，理論上在活塞的基本上圓柱形的內壁和構 成該活塞頂底側面的拱形表面之間會產生一個相交邊緣，在實踐中通 常藉助過渡倒圓或過渡半徑來避免。
圖8所示為一個本發明的具有直徑D=100mm的碳素活塞的形狀 曲線圖，其中可看出活塞頂岸2、環形區段3和活塞裙4的輪廓以及 其相對一個由灰口鑄鐵構成的氣缸工作表面的局部間隙。在上述參數 尺寸的活塞中，也可以在其由碳制的實施例中設置一個橢圓度，其在 轂孔5的區域中可以產生一個較大的間隙，並在橫向於轂孔軸線53 的區域中產生一個較小的間隙。但是上述數值都可以求出，間隙和橢 圓度可以僅大約為鋁活塞相應數值的0.3倍。
有意義的是，以虛線表示的活塞裙輪廓，從環形區段3的下面的 邊緣起始，基本上以直線延伸到下面的裙邊緣44中，即不是如鋁活塞 所要求的鼓形，得到一個錐表面。此外可以看出，在所述碳素活塞中， 由於較高的熱負荷，該活塞頂岸2不是圓柱形，而是具有一個錐形外 表面，而且在它的區域中沒有設置任何橢圓度。
在用碳素活塞的活塞/氣缸配對時，上述數值原則上比用鋁活塞的 配對時相應地低。儘管如此，改變的數值取決於氣缸工作表面是由灰 口鑄鐵構成還是由另外的材料構成。因此，可以設置由鋁、鎂和類似 材料製成的輕金屬工作表面，它按已知的方式具有高份額碳化矽的鎳 覆層並且在商標名稱為Nikasil和Elnisil中是已知的。還可以i殳置純
陶瓷的覆層。最後也可以想到氣缸套或氣缸工作表面由複合材料製成，
如由商標名稱為Alusil、 Lokasil、 Silitec的金屬/陶資構成。在由上述 與灰口鑄鐵不同的材料設置氣缸工作表面時，活塞在冷狀態中的安裝 間隙為活塞直徑的0.010-0.035%,上述數值在活塞由於其尺寸而具有 橢圓度時是指在其橫向於活塞銷軸線的方向上確定的數值。
權利要求
1.由碳構成的活塞，用於內燃機、特別是用於轎車、貨車、雙輪車和馬達驅動的工作機械，該活塞包括一個活塞頂(1)、一個在活塞頂上沿軸向連接的活塞頂岸(2)、一個環形區段(3)和一個帶有用於容納活塞銷的轂孔(5)的活塞裙(4)，其中裙壁(42)在裙內側面上為了構成所述轂孔(5)具有彼此對置的加厚部(51)，所述加厚部通過倒圓延伸到活塞頂底側面(12)，同時所述活塞頂底側面在所述轂加厚部(51)之間的區域中構成一個拱形表面(12)，所述拱形表面(12)至少在所述轂孔(5)的上面的區域內連接到所述轂加厚部上，其特徵在於所述碳素基體通過輕金屬或輕金屬合金滲透。
2. 如權利要求l的活塞，其特徵在於所述碳素基體構成為最細 粒石墨基體。
3. 如權利要求1或2的活塞，其特徵在於在所述活塞體積中的 所述輕金屬或輕金屬合金的體積百分比含量為5%-50%。
4. 如權利要求3的活塞，其特徵在於所述活塞體積中的所述輕 金屬或輕金屬合金的體積百分比含量為5%-30%。
5. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述輕金屬為鋁或 鋁合金。
6. 如權利要求l-4之一的活塞，其特徵在於所述輕金屬為鎂或 鎂合金。
7. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於在碳素基體中開口 的細孔至少68%具有0.6nm-1.0nm之間的細孔尺寸，其中最小的細孔 尺寸為約0.3|am。
8. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述活塞材料的彈 性模量為12GPa-30GPa，彎曲斷裂強度為120MPa-220MPa。
9. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述活塞的密度為 1.8g/cm3-2.4g/cm3。
10. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述活塞的熱傳 導係數為30W/m*K-200W/m'K。
11. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述在活塞頂底 側面上構成的拱形表面(12)與活塞頂上側面的表面構形無關。
12. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述活塞頂底側 面構成一個以部分球面形式的拱頂面。
13. 如權利要求l-12之一的活塞，其特徵在於所述活塞頂底側 面構成一個環曲面，所述環曲面的軸線平行於轂孔(5)的軸線(53)。
14. 如權利要求l-12之一的活塞，其特徵在於所述活塞頂底側 面近似地構成一個圓柱表面(12)，所述圓柱表面(12)的軸線平行於 轂孔(5)的軸線(53)。
15. 如權利要求所述1-12之一的活塞，其特徵在於所述活塞頂 底側面(112)構成一個具有橢圓橫截面的柱體的部分表面，所述柱體 的軸線垂直於活塞軸線(114)並且平行於轂孔(105)的軸線(153)。
16. 如權利要求所述15的活塞，其特徵在於所述柱體的軸線與 轂孔(105 )的軸線(153 )重合，並且所述橢圓橫截面的大主軸線(115 ) 垂直於活塞軸線(114)以及轂孔的軸線(153)。
17. 如權利要求所述1-12之一的活塞，其特徵在於所述活塞頂 底側面(112)構成一個迴轉橢圓體的部分表面，所述迴轉橢圓體的大 主軸線(115)垂直於活塞軸線(114)並且所述迴轉橢圓體的迴轉軸 與活塞軸線(114)重合。
18. 如權利要求所述17的活塞，其特徵在於所述迴轉橢圓體的 大主軸線(115 )包含在活塞軸線(114 )和轂孔(105 )的軸線(153 ) 之間的交點(M)。
19. 如權利要求l-12之一的活塞，其特徵在於所述活塞頂底側 面構成一個迴轉橢圓體的部分表面，所述迴轉橢圓體的大主軸線(115) 垂直於活塞軸線(114 )以及轂孔(105 )的軸線(153 )並且構成迴轉 軸線。
20. 如權利要求19的活塞，其特徵在於所述迴轉軸線包含在活 塞軸線(114)和轂孔(105)的軸線(153)之間的交點(M)。
21. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述活塞頂底側 面的表面切向地過渡到轂加厚部(51 )的彼此面對的平面式的端面(55) 中。
22. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述活塞頂底側 面的表面與轂加厚部(51)的彼此面對的平面式的端面(55)構成一 個被倒圓的相交部。
23. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述活塞頂岸(2) 具有圓柱形的外表面。
24. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述活塞頂岸(2) 具有圓錐形的外表面。
25. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述環形區段(3) 的外表面的包絡面在150mm以下的活塞直徑時為圓柱面。
26. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於所述活塞裙(4) 直至環形區段的外周表面(41)為一個具有幾乎直線的輪廓的向上變 細的錐體表面。
27. 如權利要求26所述的活塞，其特徵在於所述錐體表面的橫 截面為橢圓，使得在橫向於轂孔軸線(53)的方向上的直徑比在轂孔 軸線方向上的直徑大0.04-0.09%。
28. 如前述權利要求之一的活塞，其特徵在於在所述環形區段 (3)中的用於接納刮油環的溝槽(31)的下面的槽側壁至少在彼此對置的轂孔(5)的一側具有一個排放口 (32)，所述排放口通入到一個 位於活塞裙(4)的外周表面(41)中的油室(33)中。
29. 如權利要求26所述的活塞，其特徵在於 一個排放口和一個 油室設置在每個轂孔旁邊的兩側。
30. 如權利要求28或29所述的活塞，其特徵在於所述油室弧 形地圍繞轂孔(5)延伸，或作為表面直線地垂直或傾斜向下延伸。
31. 活塞/氣釭-配對，其中應用如權利要求1-30之一所述的活 塞，其特徵在於所述氣缸具有一個由灰口鑄鐵構成的工作表面，並 且所述活塞在冷狀態中的安裝間隙為活塞直徑的0.015-0.065%。
32. 活塞/氣缸-配對，其中應用如4又利要求1-30之一所述的活 塞，其特徵在於所述氣缸具有一個由輕金屬構成的工作表面，並且 所述活塞在冷狀態中的安裝間隙為活塞直徑的0.010-0.035%。
33. 活塞/氣缸-配對，其中應用如4又利要求1-30之一所述的活 塞，其特徵在於所述氣缸具有一個陶資的工作表面，並且所述活塞 在冷狀態中的安裝間隙為活塞直徑的0.010-0.035% 。
34. 如權利要求31-33之一所述的活塞/氣缸-配對，其特徵在於 在活塞具有橢圓度時，所述安裝間隙在橫向於活塞銷軸線的方向上確 定。
35. 如權利要求32所述的活塞/氣缸-配對，其特徵在於所述 輕金屬工作表面具有含有高份額碳化矽的鎳覆層，或具有陶瓷覆層。
36. 如權利要求32所述的活塞/氣缸-配對，其特徵在於所述 輕金屬工作表面通過一個由輕金屬/陶瓷複合物構成的氣缸套構成。
37. 如權利要求32所述的活塞/氣缸-配對，其特徵在於所述 工作表面通過一個由灰口鑄鐵或由灰口鑄鐵合金構成的氣缸套構成。
38. 如權利要求32所述的活塞/氣缸-配對，其特徵在於所述 氣釭套由鋼或鋼合金構成。
全文摘要
本發明涉及一種由碳構成的活塞，用於內燃機、特別是用於轎車和貨車，該活塞包括一個活塞頂(1)、一個在活塞頂上沿軸向連接的活塞頂岸(2)、一個環形區段(3)和一個帶有用於容納活塞銷的轂孔的活塞裙，其中裙壁在裙內側面上為了構成所述轂孔具有彼此對置的加厚部(51)，所述加厚部通過倒圓延伸到活塞頂底側面(12)，同時所述活塞頂底側面在所述轂加厚部(51)之間的區域中構成一個拱形表面(12)，所述拱形表面(12)至少在所述轂孔(5)的上面的區域內連接到所述轂加厚部上。活塞具有碳素基體，所述碳素基體通過輕金屬或輕金屬合金滲透。
文檔編號F02F3/00GK101360906SQ200780001788
公開日2009年2月4日 申請日期2007年8月13日 優先權日2006年8月14日
發明者彼得·格賴納 申請人:貝貝爾·格賴納