活塞的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于内燃机的活塞。此外，本发明涉及一种具有至少一个这种类型的活塞的内燃机。

背景技术：

具有活塞的内燃机是众所周知的并且几乎在所有当前的机动车辆中使用。此处，为了能够调节润滑相关汽缸中的活塞所需的油膜，同时防止窜漏气体从燃烧室不希望传递到曲轴箱中，已知的是使用活塞环。在此，这种类型的活塞环通常被修整以实现高密封作用并且同时具有低油耗。为了实现这些不同的任务，存在具有凸形外侧面的活塞环，其既可以实现其密封功能，又可以在活塞的向上运动期间和向下运动期间进行油膜的调节。此外，相应的活塞环在气缸壁上的摩擦阻力也可以借助于这种凸出的外侧面而减小，于是，可以增加活塞环的耐磨性。

在内燃机运转期间，至少活塞的面向燃烧室的活塞头被加热到显着的效果，这导致由于相关的热膨胀而收纳相应的活塞环的环槽的倾斜位置。于是，活塞环与环槽的槽壁的径向外侧点接触。这又具有以下缺点：热燃烧废气可以从燃烧室流出到环槽中并且可以在活塞环下那里流动，于是，所述活塞环从密封点抬起到槽侧面的径向外侧点，其首先导致泄漏增大，其次导致活塞环的不稳定行为。两者都是不利的，因此是不希望的。

技术实现要素：

因此，本发明涉及指定一种活塞克服现有技术中已知的缺点的问题，特别是关于在相关环槽中活塞环的密封作用和稳定性的问题。

根据本发明，所述问题通过独立权利要求的主题解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。

本发明基于这样的总体构思：将活塞的收纳活塞环的至少一个环槽倾斜地引导到活塞的外周面中，倾斜地意味着相对于活塞的径向平面成角度α。在此，活塞的径向平面相对于活塞轴线正交地延伸。由于环槽相对于活塞的径向平面倾斜地制成，因此活塞环的密封点可以在环槽中径向向内移位，特别是移位到活塞环的内侧面的圆角区中，于是，特别地，可以避免已经发生至此并且绝对是不希望的活塞环下方来自燃烧室的热气体/燃烧废气的气流。根据本发明的活塞具有：所述活塞轴线和相对于其正交延伸的所述径向平面；以及具有外周面的活塞头，所述外周面具有用于接收活塞环的至少一个环槽。本发明的关键在于，至少一个环槽相对于活塞的径向平面成0.5°≤α≤2°的角度α倾斜地定向，并且在活塞头布置在顶部的活塞的情况下，至少一个环槽在径向上向外倾斜地布置。所提到的角度范围适用于冷活塞。此外，根据本发明的至少一个活塞环具有矩形样(rectangular-like)横截面，所述矩形样横截面具有圆角区和倾斜的外侧面。因此，根据本发明的活塞已经在冷态下具有倾斜的环槽，也就是说环槽相对于活塞的径向平面倾斜地定向。尽管在内燃机运转期间和活塞运转期间，所述环槽的倾斜位置仍然会增大，但这不再对环槽中的活塞环的密封点，更确切地说是密封圈产生负面影响。因此，可以设置这样的活塞，其中由活塞环与环槽的槽侧面接触形成的密封圈的半径小于现有技术中活塞的情况。特别地，可以首次设置这样的活塞，其中活塞环已经在活塞环的内侧面和环侧面之间的角区中与环槽的槽侧面接触，于是，可以避免活塞环下方的热气流在高压下从燃烧室流入槽侧面。

根据本发明，所述角度范围概述了发生了根据本发明的使密封点或密封圈径向向内移位的效果的范围，其中，相应角度α的选择取决于活塞环和环槽两者的各自尺寸以及用于活塞环和/或活塞的材料。在此，特别地，用于活塞的材料对于在活塞运转期间发生的热膨胀是决定性的，并且因此对于由此产生的额外的温度引起的环槽位置的倾斜也是决定性的。借助于磨削工具或借助于材料去除工具引导倾斜环槽会使得环槽的制造高度精确，同时也简单且可靠。很明显，仅一个这种类型的环槽可以在活塞上倾斜地定位，或者所有存在的环槽。

此外，本发明基于在内燃机中使用活塞的总体构思。因此，首次借助于这种类型的活塞可以实现冷活塞中的环槽的倾斜位置，该倾斜位置在内燃机的运转期间由于发生的温度而额外地增大。特别是，可以经由可以相对简单地在活塞外周面上制成的至少一个环槽的倾斜位置可靠地避免导致不希望的窜漏效应的活塞环下方的热燃烧气流。密封点或密封圈(即，活塞环在环槽的相关槽侧面上的接触点或接触线)可以进一步向内移位，其中，改进的活塞环的后部气流同时可以通过环槽的倾斜位置成为可能，于是所述活塞环被来自燃烧室的热燃烧气体压靠在气缸壁上，并且于是可以实现改进的密封作用。因此，通过具有带有圆角区和倾斜的外侧面的矩形横截面的活塞环的倾斜定位的环槽，可以通过利用热燃烧废气的压力来增强密封作用。但是，通过防止活塞环下方的气流，可以可靠地避免窜漏效应。在此，环槽的两个槽侧面优选彼此平行地延伸。

在活塞头布置在顶部的活塞的情况下，所述至少一个环槽布置成向外倾斜。环槽的布置成向外倾斜使得上述效果成为可能，即，特别是由燃烧废气的挤压的辅助作用以及防止活塞环下方的气流，于是，所述活塞环以更稳定的方式保持。

根据本发明的活塞具有矩形样横截面的至少一个活塞环，矩形样横截面具有圆角区和倾斜的外侧面。由此可以减小活塞环在气缸上的滑动和/或摩擦阻力，并且还可以由于倾斜位置而同时改善气缸壁上的油膜厚度的调节，其既对内燃机的耐磨性又对功能性具有有益效果。

倾斜的外侧面有利地不同于活塞环的内侧面，内侧面与外侧面相对，处于成2°≤β≤5°的β角度。通过以这种方式选择的角度范围可以实现以下优点：首先，活塞环经由其外侧面与汽缸壁仅在一点或沿着圆形区段接触，于是可以减小摩擦阻力或滑动阻力。在此，接触点或接触线位于圆角区中，于是可以既在向上运动期间又在活塞向下运动期间实现对油膜厚度的有利调节。

在一个有利的扩展中，至少一个环槽具有两个平行延伸的槽侧面。因此，可以简化制造过程。

本发明的其它重要特征和优点由从属权利要求、附图和使用附图进行附图的相关描述产生。

不言而喻，在上文中提及并且仍将在下文中解释的特征在不脱离本发明的范围的情况下不仅可以以相应指定的组合中使用，而且可以以其他组合中或单独使用。

附图说明

附图中示出了本发明的优选示例性实施例，并且将在以下描述中更详细地解释本发明的优选示例性实施例，相同的附图标记涉及相同或相似或功能相同的部件。

在附图中，分别示意性地：

图1示出了根据现有技术的内燃机在活塞的环槽区内的截面图，

图2示出了图1在根据本发明的环槽和环外径(od)轮廓的情况下的图示。

具体实施方式

根据图1和图2，内燃机2的活塞1具有活塞轴线3和相对于其正交延伸的径向平面4。至少一个环槽7布置在活塞头6的外周面5上，在图1所示的并且是从现有技术中收集的活塞1的情况下，在其冷态下，所示环槽7与槽侧面8平行于径向平面4而延伸。这里，根据图1，在冷活塞1的情况下的环槽7通过虚线示出。然而，在活塞1运转的情况下，环槽7由于温度膨胀而倾斜地定位，于是在活塞环11和环槽7的槽侧面8之间形成的密封点9移动到槽侧面8的径向外侧点。这里，图1使用实线示出了由于温度膨胀而倾斜地定位的环槽7。然而，在内燃机2运转期间，外密封点9带来了来自燃烧室(未示出)的燃烧废气10在活塞环11下方产生的气流，于是在最不利的情况下，可能发生了活塞环11从环槽7的下槽侧面8上抬起，因此可能发生不希望的燃烧废气10通过环槽7的旁路流动。

如果根据图2考虑根据本发明的活塞1，则从中可以看出，即使在冷态(虚线)，环槽7已经具有倾斜位置，也就是说相对于活塞1的径向平面4倾斜地布置，其中环槽7借助于材料去除工具相对于径向平面4成倾斜角度α布置或磨削或引导。这里，至少一个环槽7相对于活塞1的径向平面4成角度α倾斜地定向，优选地α在5°≤α≤20°之间。在内燃机2的运转期间，由于温度膨胀，所述倾斜位置再次增大，这导致在暖或热的活塞1的情况下环槽7的倾斜位置成角度γ。所示角度γ大于角度α。

然而，如从图2中可以清楚地看到的那样，密封点9径向向内移动，于是特别是可以避免在活塞环1下方的燃烧废气10的气流从燃烧室流入环槽7中。相反，在根据图2的根据本发明涉及的环槽7的情况下，流入环槽7的燃烧废气10既使得活塞环11被压到气缸壁12上，又使得活塞环11以其密封点压在槽侧面8上。这里，在活塞头6布置在顶部的活塞1的情况下，至少一个环槽7布置成向外倾斜，也就是说，向径向13的外侧倾斜。此处，两个槽侧面8平行地延伸。

如果考虑所使用的活塞环11，可以看出它具有带有圆角区14和倾斜的外侧面15的矩形样横截面。这里，倾斜的外侧面15与内侧面16不同，内侧面16与外侧面相对，处于成5°≤β≤20°的β角度。倾斜的外侧面15可以实现这样的情况：活塞环11仅在密封点9'上或者完全从密封圆上观察时抵靠在气缸壁12上，并且以相对低的摩擦力因此以相对低的滑动阻力在气缸壁12上被引导。

通常，可以防止不希望的窜漏气流的风险，并且可以通过根据本发明在冷态下倾斜地引导的环槽7来提高活塞环11的稳定性，因为避免了如图1所示的在活塞环11下方的气流(参见图2)。在此，环槽7的引导可以例如借助于磨削或借助于材料去除工具而进行。