活塞制造技术

本实用新型专利技术涉及一种活塞。所述活塞设有燃烧室凹腔(26)和至少部分区段地围绕所述燃烧室凹腔(26)环绕的冷却通道(19)，其中，设置在所述燃烧室凹腔(26)和所述冷却通道(19)之间的第一壁(31)的平均的第一壁厚(w31)大于所述活塞(8)的活塞直径(d8)的5％。由此，在燃烧室凹腔的区域中可以进一步减少通过冷却油对热量的引出。这导致燃烧室表面温度的额外增加并且因此导致热力学效率的额外增加。且因此导致热力学效率的额外增加。且因此导致热力学效率的额外增加。

【技术实现步骤摘要】
活塞


[0001]本技术涉及一种活塞。

技术介绍

[0002]用于内燃机的活塞可以由钢合金、例如调质钢42CrMo4或微合金钢38MnVS6制成。这种活塞既可以设计成一体式的，也可以由活塞下部件和活塞上部件组成，活塞下部件和活塞上部件可以借助接合方法彼此连接。这种活塞可以通过冷却油射流来冷却，该冷却油射流借助于喷射喷嘴被喷射到活塞的环绕的环形冷却通道中。为此需要冷却油的特定的最小体积流，以便通过适当的散热将活塞的高负载区域保持在对活塞起氧化层而言临界的温度以下。
[0003]上述材料由于其化学成分而具有预定的且在这两种材料情况下相似的导热性。由此，根据活塞冷却的设计导致一定的燃烧室表面温度。该燃烧室表面温度不能进一步增加，因为上述材料具有有限的抗起氧化层性。燃烧室表面温度的进一步升高可导致由起氧化层引起的裂纹并且因此导致活塞失效。
[0004]然而，通过较高的燃烧室表面温度，即通过由于对活塞的活塞底部的热损失减少而导致的较热的燃烧，可以从根本上提高发动机燃烧的热力学效率。由此，可以实现燃料消耗和二氧化碳排放方面的优势。迄今为止，通过摩擦优化活塞系统的开发，通常可以满足对消耗和减少二氧化碳的提高的要求。例如，在此使用优化的活塞裙轮廓和安装间隙，以及用于缸套的具有特殊涂层或复杂表面优化的成本高的环组。
[0005]WO2014/198896A1描述了一种用于内燃机的活塞，尤其是钢活塞，其具有作为燃烧室的一部分的活塞底部，其中至少活塞底部具有抗起氧化层。

技术实现思路

[0006]在这种背景前，本技术的任务在于提供一种改进的活塞和一种改进的用于活塞的活塞坯件。
[0007]为此，提出一种活塞，其特征在于，所述活塞设有燃烧室凹腔和至少部分区段地围绕所述燃烧室凹腔环绕的冷却通道，其中，设置在所述燃烧室凹腔和所述冷却通道之间的第一壁的平均的第一壁厚大于所述活塞的活塞直径的5％。
[0008]在本技术中，由于第一壁厚大于活塞直径的5％，因此在燃烧室凹腔的区域中可以进一步减少通过冷却油对热量的引出。这导致燃烧室表面温度的额外增加并且因此导致热力学效率的额外增加。
[0009]此外，提出了一种用于活塞的活塞坯件。活塞坯件至少部分区段地由钢合金制成，该合金具有0.5至2重量百分比的铬份额和2.5至 3.5重量百分比的硅份额。
[0010]由于钢合金具有前述的铬份额和硅份额，钢合金尤其是耐起氧化层的。由此，可以提高由活塞坯件制成的活塞的燃烧室表面温度而不会使活塞起氧化层。这导致发动机燃烧期间热力学效率的提高。由此可以满足关于燃料消耗和排放、尤其是二氧化碳排放的更严
格的要求。在当前情况下，“燃烧室表面温度”尤其可以理解为活塞的活塞底部的表面温度。此外，“燃烧室表面温度”可以非常一般地理解为分配给活塞的燃烧室的表面的温度。活塞底部的表面可以是燃烧室的一部分。
[0011]活塞坯件与活塞的不同之处在于，与活塞坯件相比，活塞例如借助去除式和/或改型式制造方法来加工。活塞坯件与活塞的区别还在于，活塞坯件的活塞下部件和活塞坯件的活塞上部件尚未固定地彼此连接。尤其是，可以为活塞坯件或活塞分配对称或中心轴线，活塞坯件或活塞可以相对于该对称或中心轴线基本上旋转对称地构造。该前述中心轴线尤其可以由气缸的中心轴线形成，该气缸包围活塞的活塞裙的面并且具有最小直径，气缸的中心轴线布置成垂直于活塞的销孔。
[0012]此外，具有宽度方向或x方向、高度方向或y方向以及深度方向或z方向的坐标系被分配给活塞坯件或活塞。y方向也可以称为轴向方向。因此，术语“y方向”和“轴向方向”可以任意互换。这些方向彼此垂直定向。中心轴线与y方向重合或平行于y方向定向。径向方向也分配给活塞坯件或活塞。径向方向垂直于中心轴线并远离中心轴线指向。
[0013]钢合金优选为所谓的低合金钢合金。例如，钢合金可以作为半成品借助锻造方法改型为活塞坯件。活塞坯件或前述的活塞下部件和前述的活塞上部件因此可以是锻造构件。然而，这并不排除可以借助诸如铣削、车削和/或腐蚀的去除式制造方法来加工活塞坯件的可能性。此外，活塞坯件或活塞下部件和活塞上部件也可以是铸造构件或通过锻造方法再加工的铸造构件。
[0014]活塞坯件“至少部分区段地”由钢合金制成在当前情况下尤其意味着活塞坯件的至少一部分可以由钢合金制成。但是，这并不排除整个活塞坯件可以由钢合金制成的可能性。尤其是，钢合金至少设置在活塞坯件或活塞的燃烧室凹腔的区域中。对于活塞坯件具有如上所述的活塞下部件和活塞上部件的情况，例如可以仅活塞上部件由钢合金制成。
[0015]与详细提到的钢合金42CrMo4或38MnVS6相比，制造活塞坯件的钢合金具有较低的导热性。这导致，在活塞运行期间从具有活塞的内燃机的燃烧室散发的热量较少。这增加了燃烧室表面温度，这导致发动机燃烧的热力学效率增加。
[0016]此外，合金成分铬和硅防止在燃烧室表面温度升高时起氧化层。在当前情况下，“起氧化层”或“氧化磨损”可以理解为金属的与含氧热气体的直接化学反应引起的高温腐蚀。由于不抗起氧化层或仅轻微抗起氧化层的钢合金的强度降低，起氧化层会导致由起氧化层引起的裂纹并且因此导致活塞失效。借助钢合金的前述合金成分，可靠地防止了这种情况，其方式为，抗起氧化层性显著提高。除了元素铁、铬和硅之外，钢合金还可以含有元素碳、锰、磷、硫、钼、钛、铅、锑、铝、氮、铜、锡、镍和硼。钢合金还可以含有少量的氧和氢。
[0017]根据一个实施方式，铬份额为0.9至1.2重量百分比和/或硅份额为2.85至3重量百分比。
[0018]利用前面提到的铬份额和硅份额可以实现特别高的抗起氧化层性。
[0019]根据另一实施方式，钢合金具有0.35至0.5、尤其是0.4至0.44 重量百分比的碳份额。
[0020]由于这种低的碳份额，钢合金能够良好地改型，从而活塞坯件可以通过锻造方法制造和/或加工。
[0021]根据另一实施方式，钢合金具有0.5至0.9、尤其是0.6至0.8重量百分比的锰份额。
[0022]例如，钢合金中的锰份额的特性是提高钢合金的可硬化性。
[0023]根据另一实施方式，钢合金具有0.005至0.015重量百分比的钛份额。
[0024]钛份额赋予钢合金高的韧性、强度和延展性。
[0025]根据另一实施方式，钢合金具有0.1至0.3、尤其是0.15至0.2重量百分比的钼份额。
[0026]钼份额引起钢合金的回火稳定性和耐热强度的提高。
[0027]根据另一实施方式，钢合金具有2.5至3.5、尤其是2.85至3重量百分比的硅份额。
[0028]由于固溶强化，硅份额导致抗拉强度和屈服极限提高，并且作为针对氧的扩散阻挡部，增加了钢合金的抗起氧化层性。
[0029]根据另一实施方式，钢合金在550至650℃、尤其是在580至600℃下具有提高的抗起氧化层性。
[0030]当前，“抗起氧化层”或“抗起氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.活塞，其特征在于，所述活塞设有燃烧室凹腔(26)和至少部分区段地围绕所述燃烧室凹腔(26)环绕的冷却通道(19)，其中，设置在所述燃烧室凹腔(26)和所述冷却通道(19)之间的第一壁(31)的平均的第一壁厚(w31)大于所述活塞(8)的活塞直径(d8)的5％。2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述平均的第一壁厚(w31)为至少5毫米。3.根据权利要求1或2所述的活塞，其特征在于，设置在所述燃烧室凹腔(26)和所述活塞(8)的内部形状(33)之间的第二壁(32)的平均的第二壁厚(w32)大于所述活塞直径(d8)的5％。4.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述平均的第二壁厚(w32)为至少5毫米。5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，设置在所述燃烧室凹腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：KS科尔本施密特有限公司，
类型：新型
国别省市：