用于内燃发动机的活塞

技术领域

本发明涉及一种用于内燃发动机的活塞，以及一种配备有至少一个这种活塞的内燃发动机，特别是V型发动机。

背景技术

在诸如柴油发动机的内燃发动机中，已知使用具有包括活塞头和活塞裙的结构配置的活塞。活塞头包括在其圆周外表面上的外环带，外环带形成多个圆周连续的环槽，用于容纳相应的活塞环，该活塞环骑靠在发动机气缸的内壁上，在该气缸中，活塞在操作过程中往复移动。

活塞环具有将燃烧室与发动机的曲轴箱密封的功能。此外，此外，活塞环旨在和经配置在活塞和气缸壁之间保持适量的油，并通过将油从气缸壁刮回到容纳在曲轴箱中的油槽来调节发动机油的消耗。

为此，最下面的环槽，即最靠近活塞裙布置的环槽，通常容纳所谓的刮油环，该刮油环经配置从气缸壁上刮油，以便限制和调节传递到其他活塞环的油量。这样，刮油环的目的在于使所谓的“泄漏”效应最小化，根据该“泄漏”效应，油经过活塞环并因此滑入燃烧室中。油意外排放到燃烧室中通常也称为“滑油”，并且可能导致发动机性能降低、发动机部件寿命降低和发动机的不期望的碳氢化合物排放。

具体地，刮油环经设计使得在活塞的下行冲程过程中，从气缸壁刮下的油在其前面积聚。因此，为了确保刮油环的正常工作，在环前面积聚的油需要充分地排出，以便确保能够从气缸壁上刮掉足够量的油。因此，已知的活塞配置设置有排油路径，该排油路径经设计用于在活塞的下行冲程移动过程中引导并由此使在环带前面积聚的油返回到曲轴箱中。

在一种已知的活塞配置中，容纳刮油环的最下面的环槽连接到设置在活塞裙中的有限数量的排油孔，并经配置将积聚在最下面的环槽中的油引导到活塞裙的内部。然后，油从活塞裙的内部经由活塞裙的开口底部流回到曲轴箱中。

进一步地，例如从US 6,557,514 B1中已知活塞配置，其中在活塞的下行冲程移动过程中在环带前面积聚的油被接收在邻近最下面的活塞环槽布置的圆周排油槽中，并且此后被引导穿过活塞裙的外表面以便被排放到曲轴箱中。具体地，活塞裙在相对侧设置有凹入的销座，该销座通向排油槽。通过这种配置，接收在排油槽中的油被引导穿过凹入的销座的外表面以向下排回到曲轴箱中。

然而，当在V型发动机中应用已知的活塞配置时，活塞的角度可能影响油穿过或通过活塞裙的流动。这样，待排出的油在流过由活塞形成的回油路径时可能受到增大的流动阻力，例如，这可能是由于油的飞溅或者油克服重力向上偏转而引起的。结果，不能确保从环带进入活塞裙的足够高的回油流速，这可能导致油在操作过程中滑入燃烧室。

发明内容

从现有技术出发，本发明的目的是提供一种用于内燃发动机的改进的活塞，其有效地防止油滑入发动机的燃烧室中，特别是当应用于V型发动机中时。为此，一个目的是提供一种内燃发动机，特别是V型发动机，该内燃发动机配备有至少一个这种活塞。

这些目的通过独立权利要求的主题来解决。在本说明书，附图以及从属权利要求中阐述了优选实施例。

因此，提供了一种用于内燃发动机特别是V型发动机的活塞，该活塞包括在活塞的环带与活塞裙之间的活塞的外圆周表面中提供的排油槽。活塞裙在活塞的相对侧上设置有两个凹入的销座部分，并且在活塞裙的外表面处设置有布置在两个凹入的销座部分之间的至少一个排油管。排油管经配置将排油槽与凹入的销座部分流体连通地连接。

此外，提供了一种配备有至少一个上述活塞的内燃发动机，特别是V型发动机。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述将更容易地理解本发明，其中：

图1示出了内燃发动机的示意性截面；

图2示出了图1所示内燃发动机的放大视图；

图3示出了用于图1和2所示发动机中的活塞的示意性前视图；

图4示出了图3所示活塞的示意性侧视图；

图5示出了根据另一种配置的活塞的示意性透视图；以及

图6示出了图5所示活塞的另一示意性透视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图更详细地解释本发明。在附图中，相同的元件由相同的附图标记表示，并且可以省略其重复描述以避免冗余。

图1示意性地示出了内燃发动机10，在下文中也称为“发动机”，其可以作为主发动机或辅助发动机安装在诸如船舶或施工车辆的车辆中。在所示的配置中，发动机10以V型发动机的形式提供，该V型发动机包括以V型配置布置的多个气缸12，例如八个、十二个或十八个气缸。具体地，如图1所示，气缸12经布置平行于发动机10的曲轴14的两排。每排气缸12也称为气缸排。气缸排之间的角度(也称为“排角”)在所示配置中为40°，但不限于此。相反，发动机10可以设置有任何合适的排角，例如在20°和120°之间的排角，特别是50°。

每个气缸12容纳具有头部分的活塞16，该头部分限定气缸12内的燃烧室18。具体地，活塞16经配置在气缸12内往复和轴向移动，并经由连杆20连接到发动机10的曲轴14。

发动机10还包括：控制装置(未示出)，其控制用于选择性地将空气-燃料混合物供应到燃烧室18中的进气系统(未示出)的致动；点火系统(未示出)，其用于选择性地点燃接收在燃烧室18中的空气-燃料混合物；以及排出系统(未示出)，其用于选择性地从燃烧室18排出燃烧气体。

通过这种配置，即在燃烧室18中点燃空气-燃料混合物时，在燃烧室18中产生高温和高压气体，这些气体向活塞16施加力并因此轴向移动活塞16，从而使曲轴18旋转。这样，化学能转变成机械能。

发动机10及其部件的基本结构和操作模式是本领域技术人员公知的，因此不作进一步说明。相反，与本发明互连的发动机10中使用的活塞16的特征在下文中说明。

图2示出了处于安装状态的活塞16的放大视图，即其中活塞安装在发动机10的气缸12中。为此，图3和4示出了图1和2中所示的处于未安装状态的活塞16，即，其中活塞16从发动机10拆卸。

活塞16优选地具有多部分设计，例如两部分设计，其中活塞头22和活塞裙24构成活塞16的不同部分。可替代地，活塞16可以设置有整体设计，也称为整体结构或整体活塞，其中活塞16由单件铸造而成。

活塞头22在其圆周外表面上设有圆柱形环带26，环带26与活塞头22的前面间隔开布置，活塞头22的前面限定气缸12的燃烧室18。环带26形成有设置在环带26的外表面上的多个活塞环槽28、30、32，如图2所示，每个活塞环槽经设计用于容纳活塞环34、36和38，活塞环34、36和38也称为护油环。具体地，活塞环34-38经配置将燃烧室18与发动机10的曲轴箱密封隔开，同时，在发动机10的操作过程中在活塞16和气缸壁40之间保持适量的油。为此，活塞环34-38通过将油从气缸壁40刮回到容纳在曲轴箱中的油槽来限制和调节发动机油的消耗，这将在下面阐述。

具体地，为此，最下面的活塞环38，即容纳在最下面的环槽32中的活塞环，以所谓的刮油环的形式提供。通过这种配置，容纳在最下面的环槽32中的活塞环38经配置在活塞16在气缸12内的下行冲程移动时从气缸壁40刮油。

在本发明的上下文中，术语“最下面的活塞环”38是指多个活塞环34-38中最靠近活塞裙24布置的一个活塞环。

活塞头22还配备有内部冷却通道(未示出)，冷却油在内部冷却通道中循环以在操作过程中冷却活塞16，即其头部分。这种内部冷却通道的基本结构和操作是本领域技术人员公知的，因此不作进一步说明。

活塞裙24包括布置在活塞裙24的相对侧上的两个凹入的销座部分42。换言之，销座部分42相对于活塞16的纵向轴线L彼此相对地布置。

在本发明的上下文中，术语“纵向轴线”L是指活塞16的轴线，其平行于活塞在气缸12内的往复移动的方向。

每个凹入的销座部分42设置有销座44，其中接收有用于将活塞16可枢转地联接到连杆20的肘节销46。通过这种配置，肘节销46延伸穿过活塞裙24的内部，并联接到形成在销座44中的销孔48。因此，销孔48沿活塞的销孔轴线P对齐。

在本发明的上下文中，术语“销孔轴线”P是指垂直于活塞16的纵向轴线L并且平行于肘节销46的纵向轴线的活塞16的轴线。

在所示的配置中，凹入的销座部分42邻近活塞裙24的圆柱形部分50布置。凹入的销座部分42与圆柱形部分50一起构成活塞裙24的壳体表面，即外表面。

更具体地，活塞裙24经设置使得在活塞16的安装状态下，活塞裙24的圆柱形部分50的外面经布置邻近气缸壁40并大致遵循气缸壁40的形状，其中凹入的销座部分42的外面52与气缸壁40间隔开。换言之，在销座部分42的区域中，活塞裙24的壳体表面的一部分与圆柱形壳体表面相比有意地凹陷，而由圆柱形部分50形成的活塞裙壳体表面的另一部分经设计基本上遵循圆柱形壳体表面。这样，当被接收在气缸12内时，在凹入的销座部分42和气缸壁40之间形成间隙，即沿径向方向，该间隙与在活塞裙24的圆柱形部分50和气缸壁40之间形成的间隙相比基本上更大。

在图1至4所示的活塞16的配置中，形成活塞16的外表面的凹入的销座部分42的外面52具有平面形状。可替代地，外面52，特别是在围绕销孔48的区域中，可以设置有在径向向内方向上延伸的多个凹陷，如图5和6中所示的活塞16的进一步配置所示。

此外，活塞16包括设置在环带26和活塞16的活塞裙24之间的活塞外圆周表面中的排油槽54。在所示配置中，排油槽54在活塞24的外表面(即壳体表面)中构成圆周连续的环槽。排油槽54将活塞头22和活塞裙24彼此分开。换言之，在活塞26的向下或下行冲程移动方向上，即沿纵向轴线L，环带26、排油槽54和活塞裙24相继地布置，即一个接一个地布置。

在本发明的上下文中，术语活塞16的“向下或下行冲程移动方向”是指活塞16沿其纵向轴线L的移动方向，在活塞16的安装状态下，该纵向轴线L面向发动机10的曲轴14或曲轴箱。

排油槽54经配置接收和收集在活塞16的操作过程中在环带26的前方或前面积聚的油。实质上，如上所述，容纳在最下面的环槽32中的最下面的活塞环38经配置在活塞16在气缸12内向下行冲程移动时从气缸壁40刮油。换言之，当活塞16在气缸12内轴向向下移动时，即在下行冲程移动方向上，最下面的环槽32从气缸壁40刮油，然后油被接收在排油槽54中。

此外，活塞16包括两个排油管56，其经设计和配置用于将收集在排油槽54中的油排到曲轴箱中。具体地，活塞裙24在其外表面设置有排油管56，使得每个排油管56布置在凹入的销座部分42之间。换言之，在活塞16的圆周方向上，即围绕其纵向轴线L，每个排油管56布置在凹入的销座部分42之间。排油管56经配置将排油槽54与凹入的销座部分42流体连通地连接。更具体地，排油管56经设计和配置在活塞16致动时将接收在排油槽54中的油引导向凹入的销座部分42，即在凹入的销座部分42和气缸壁40之间形成的间隙。换言之，排油管56经配置和设计在将收集在排油槽54中的油引导通过排油管56并随后在排到曲轴箱中之前沿凹入的销座部分42的外面52将油从排油槽54排到发动机10的曲轴箱中。

通过设置有排油管56，所提出的活塞16可以确保用于将收集在带环26之前的油排到曲轴箱中的流动路径的流动截面沿整个流动路径足够高，以便确保从环带24适当地去除油。这样，防止收集在环带26前面的油受到高流动阻力，从而受到可能导致油滑入燃烧室18的不适当压力。

在图1至6所示的活塞16的两种配置中，活塞16包括布置在两个凹入的销座部分42之间的两个排油管56。可替代地，活塞16可以包括多于或少于两个的排油管56。可替代地或附加地，所示出的排油管56可以被分开，使得每个排油管56被分成两个不同的排油管，这两个排油管可以沿活塞16的圆周方向彼此间隔开。

如图2所示，两个排油管56布置在活塞16的相对侧上。具体地，两个排油管56相对于活塞16的纵向轴线L和销孔轴线P经布置彼此相对。

每个排油管56由设置在活塞裙24的外表面上的凹槽形成。换言之，排油管56被机加工(特别是切割)到活塞裙24的外表面中，特别是被机加工到邻近活塞裙24的凹入的销座部分42布置的圆柱形部分50中。

排油管56经设计使得其流动截面沿排油管56中的油的流动方向逐渐变细。在图2至6中，被引导通过排油管56的油的流动方向由箭头A表示。从所示的流动方向可以看出，被引导通过排油管56的油的流动路径平滑地向下偏转，即在向下移动方向的方向上。

实质上，在所提出的活塞16的配置中，待沿活塞裙的外表面排出的油的流动方向在流过排油管56时平滑地向下偏转。具体地，通过将排油管56布置在凹入的销座部分42之间，排油管56设置有一定长度，该长度有助于在油流经排油管56时平滑地偏转油流动，从而改善回油流动，特别是当在V型发动机中使用活塞16时。

具体地，为了确保排油管56的适当长度，排油管56沿活塞裙24的圆柱形部分50的整个圆周长度延伸。

在下文中，进一步详细说明排油管56的结构布置和特征。

如图2至4所示，每个排油管56包括布置在活塞裙24的外表面上的底部边缘58。底部边缘58在两个凹入的销座部分42之间延伸，使得其相关的排油管56通向凹入的销座部分42。从图2中可以看出，底部边缘58经设计使得在被引导穿过排油管56的油的流动方向上，底部边缘58向下弯曲，即平滑地弯曲，即在向下移动方向上弯曲。

具体地，如图3和4所示，排油管56经设计使得在向下移动方向上，即平行于活塞16的纵向轴线L并指向曲轴14，底部边缘58的中间区段60布置在底部边缘58的两个相对端部区段62之前。换言之，当沿向下移动方向观察时，中间区段60布置在两个相对端部区段之前。

更具体地，如图2所示，每个排油管56经设计使得在发动机10中的活塞16的安装状态下，当沿发动机10的垂直轴线Z向下观察时，底部边缘58的中间区段60布置在底部边缘58的两个相对端部区段62之前。换言之，排放管56经设计使得在发动机10中的活塞16的安装状态下，底部边缘58的端部区段62布置在底部边缘58的中间区段60下方。为了说明这种结构布置，在图2中用虚线表示水平面H。

可替代地，排油管56可以经设计使得当在沿发动机10的垂直轴线Z的向下方向上观察时，底部边缘58的中间区段60布置在与底部边缘58的两个相对端部区段62相同的水平处。此外，在安装状态下，每个排油管56经设计使得底部边缘58相对于水平面H向下弯曲。可替代地，排油管56可以经设计使得底部边缘58经布置平行于水平面H延伸。

通过设置排油管56，所提出的活塞配置考虑了V型发动机中活塞16的结构布置和安装条件。具体地，即使活塞16相对于发动机10的垂直轴线Z倾斜布置，即由于V型发动机的排角，所提出的排油管56也可以避免从排油槽54排入曲轴箱的油在被引导越过活塞裙24的外表面时被底部边缘58向上偏转，即克服重力向上偏转。

如上所述，在一种可替代的配置中，每个排油管56可以分开或分成两个不同的排油管。在这种配置中，排出管可以具有底部边缘，该底部边缘具有通向凹入的销座部分42的第一端部区段和通向排油槽54的第二端部区段。在这种配置中，在本发明中结合中间区段60描述的技术特征(特别是关于结构布置)可以应用于并且因此也被公开用于内外端部。因此，以上结合端部区段62描述的技术特征可以应用于第二端部区段并且因此也被公开用于第二端部区段。

此外，每个排油管56包括两个相对侧边缘64，其与底部边缘58一起限定油通过排油管56的流动路径。横向边缘64布置在活塞裙24的外表面上。具体地，每个侧边缘64沿活塞16的纵向轴线L在排油槽54和凹入的销座部分42中的一个之间延伸。这样，排油管56的流动截面在通过排油管56的油的流动方向A上逐渐变小。

在所示配置中，底部边缘58具有抛物线形状。可替代地，底部边缘58可以具有夹板形状。为此，底部边缘58可以完全布置在一个平面内。

具体地，排油管64的底部边缘58的形状由以下等式参数化：

x＝r×cos(t)，

y＝r×sin(t)，

z＝b+c×(r×-|cos(t)

对于

其中x表示沿销座轴线P的位置；y表示沿横贯销座轴线P的横向轴线的位置；z表示沿活塞16的中心纵向轴线L的位置，该中心纵向轴线横向于销座轴线P和横向轴线；r表示活塞裙的外圆周表面(即圆柱形部分50)围绕活塞16的中心纵向轴线L的半径；b是指示底部边缘58的中间区段60相对于销座轴线P的高度位置的参数；并且c表示系数。

对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施例和项目仅描述了多种可能性的示例。因此，这里所示的实施例不应被理解为形成对这些特征和配置的限制。可以根据本发明的范围选择所述特征的任何可能的组合和配置。

这特别是关于以下可选特征的情况，所述可选特征可以以任何技术上可行的组合与之前提到的一些或全部实施例、项目和/或特征组合。

可以提供一种用于内燃发动机(特别是V型发动机)的活塞，该活塞包括排油槽，其在活塞的环带与活塞裙之间设置在活塞的外圆周表面中，活塞裙在活塞的相对侧上设置有两个凹入的销座部分，其中活塞裙还设置有至少一个排油管，该至少一个排油管布置在活塞裙的外表面上的这两个凹入的销座部分之间并且经配置用于将排油槽与凹入的销座部分流体连通地连接。

换言之，利用这种配置，所提出的排油管优选地经配置当活塞在发动机中操作时引导油通过排油管并且随后沿凹入的销座部分的外面将油从排油槽排到发动机的曲轴箱中。

通过设置所建议的排油管，可以确保油从环带适当地返回到曲轴箱中。具体地，所提出的配置允许给排油管提供足够的长度，以便限定用于油的流动路径，当油流动通过排油管时，例如通过减少油的飞溅或避免油克服重力向上偏转，油的流动路径可能受到相对低的流动阻力。

所提出的活塞旨在并且经配置用于任何合适的内燃发动机，特别是往复式发动机中，该内燃发动机在车辆、船舶或发电厂中充当主发动机或辅助发动机。具体地，所提出的活塞可以用于V型发动机，但不限于此应用。这种发动机可以以液体燃料(诸如柴油或汽油)或气体燃料运行。

所提出的活塞可以提供有多部分设计，例如两部分设计，其中容纳环带的活塞头和活塞裙构成不同的部分。可替代地，活塞可以提供有一个整体设计，其中该活塞被铸造成一个单件。

如上所述，活塞裙包括布置在活塞裙的相对侧上的凹入的销座部分。因此，凹入的销座部分形成活塞裙的壳体表面。此外，活塞裙包括两个相对圆柱形部分，每个圆柱形部分经布置邻近凹入的销座部分并位于凹入的销座部分之间。当比较凹入的销座部分和活塞裙的圆柱形部分时，在凹入的销座部分之间延伸的活塞的直径(即横向于其纵向轴线)比在圆柱形部分之间延伸的直径小。这样，当被接收在发动机的气缸中时，在销座部分和气缸壁之间形成间隙，排油管开口到该间隙中，并且流经排油管的油经由该间隙被引导到发动机的曲轴箱中。

具体地，形成活塞裙的外表面的销座部分的外面可以具有平面形状。可替代地或附加地，这些销座部分的外面可以经设置使得在活塞的径向方向上(即，横贯其纵向轴线)不延伸超过平面，即，该平面可以经布置平行于纵向轴线并且可以是假想平面。在这种配置中，外面可以设置有在与活塞的径向方向相对的方向上延伸的一个或多个凹槽。

活塞裙可以设置有至少一个排油管。在进一步的发展中，活塞裙可以设置有至少两个排油管，其布置在活塞的相对侧处的这两个凹入的销座部分之间。

具体地，该至少一个排油管可以由设置在活塞裙的外表面中的凹陷形成。换言之，至少一个排油管可以切入活塞裙的外表面。

在进一步的发展中，排油管可以经设计使得当活塞安装在发动机中并且在发动机中操作时，排油管的流动截面沿排油管中的油的流动方向变小。

进一步地，排油管可以包括底部边缘，其布置在活塞裙的外表面上并且在这两个凹入的销座部分之间延伸，这样使得排油管通向两个凹入的销座部分中的至少一个。

例如，排油管可以经设计使得在活塞沿活塞的纵向轴线的向下移动方向上，底部边缘的中间区段布置在底部边缘的两个相对端部区段之前或在与底部边缘的两个相对端部区段相同的水平上。

在进一步的发展中，在活塞在发动机中(特别是在V型发动机中)的安装状态下，排油管可以经设计使得在沿发动机的垂直轴线的向下方向上，底部边缘的中间区段布置在底部边缘的两个相对端部区段之前或在与底部边缘的两个相对端部区段相同的水平上。

附加地或可替代地，在发动机中(特别是在V型发动机中)的活塞的安装状态下，排油管可以经设计使得其底部边缘向下弯曲或相对于延伸穿过底部边缘的中间区段的水平面平行地延伸。

在进一步的发展中，排油管可以进一步包括布置在活塞裙的外表面上的两个相对横向边缘，其各自沿活塞的纵向轴线在排油槽与凹入的销座部分中的一个之间延伸。

附加地或可替代地，排油管的底部边缘可以具有抛物线或夹板形状。

具体地，排油管的底部边缘的形状可以至少部分地由以下各项来参数化：

x＝r×cos(t)，

y＝r×sin(t)，

z＝b+c×(r×-|cos(t)

对于

其中x表示沿销座轴线的位置；y表示沿横贯销箱轴线的横向轴线的位置；z表示沿活塞的中心纵向轴线的位置；r表示活塞裙的外圆周表面围绕活塞的中心纵向轴线的半径；b是指示底部边缘的中间区段相对于销座轴线的高度位置的参数；c表示系数；并且i表示作为自然数提供的指数。具体地，指数i可以是2，或任何其他合适的值，例如在1和8之间，诸如3或4。

此外，可以提供一种内燃发动机，特别是V型发动机，其包括至少一个如上所述的活塞。

由于所提出的内燃发动机配备有如上所述的活塞，因此结合上述活塞描述的技术特征也可以涉及并应用于所提出的内燃发动机，反之亦然。

工业实用性

参考附图及其随附的描述，提出了一种用于内燃发动机的活塞和配备有这种活塞的内燃发动机，特别是V型发动机。所建议的活塞可以代替传统的活塞，并且可以用作替换或改进部分。