CN100368674C - 内燃机用单部件冷却通道活塞 - Google Patents

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Abstract

内燃机用单部件冷却通道活塞，其活塞头部(1)由锻钢制成，包括活塞顶部(2)上的燃烧室(3)、带有活塞环带(11)的活塞环槽(4)、与活塞环带11水平的圆形闭式冷却通道7，其中，活塞裙部(9)与固定到活塞头部(1)上的活塞销座(12)相连。其加工成本低、活塞的形状稳定性好的原因在于冷却通道(7)有沿着其圆周向活塞顶部(2)分布的数个孔(14)，孔间有一定间距，这样孔(14)之间的活塞材料可为活塞顶部(2)形成支撑肋片(8)。

Description

内燃机用单部件冷却通道活塞
技术领域
该发明涉及内燃机用单部件冷却通道活塞，该活塞头部由锻钢制成，其顶部有一个燃烧室、一个活塞环槽以及一个与活塞环水平的圆形闭式冷却通道，其中活塞裙部与活塞销座相连，活塞销座与活塞头部固定在一起。
背景技术
从EP 0 799373 B1和DE 100 13 395 C1等专利中，大家熟知了普通的单部件冷却通道活塞。那些专利中描述了这样的活塞，通过锻造加工活塞毛坯，环形凹陷及底部开放式的冷却通道通过金属切削方法加工，然后活塞的外部轮廓通过精加工完成。在EP 0799 373 B1中，环形凹陷的轴向高度至少相当于冷却通道的轴向高度。这就需要钩形旋转工具插入凹陷加工底部开放的冷却通道，而且冷却通道必需通过适当的轴向及径向进给掏空成其规定的形状。
这些活塞的缺点在于钩形旋转工具的高度决定可完成的冷却通道的高度，因此活塞顶部的散热量与壁厚成因果关系。为增加冷却通道的高度或减小冷却通道与活塞顶部之间的壁厚，用于插旋转工具的凹陷必需要增大，然而这又会导致不希望的活塞高度的增加。
另一方面，由于前述的原因，壁厚减小会降低活塞的稳定性。所以，就其高度和现代柴油机在承受高爆发压力及温度所需要的稳定性方面来讲，上述活塞加工方法和活塞设计不适用于活塞的改进。
发明内容
所以本发明的目的是为单部件冷却通道活塞提供一种活塞改进设计概念，而且可低成本加工高度低的活塞，使用这种方法可有效克服由于高温、高压所造成的活塞变形。
解决这个问题的特别之处在于，活塞头部加工成形的冷却通道有沿着其周边朝向活塞顶部的孔，孔间有一定间隔，这样孔间的活塞材料就成为活塞顶部的支撑肋片。
采用这种方式加工活塞，至少部分冷却通道可更靠近活塞顶部或燃烧室加工，而且仍然具有极好的形状稳定性及低的活塞高度。另外，支撑肋片的布置可在冷却通道内实现某种特殊形式的孔腔，即可产生摇动区域，借此可延长冷却油的驻留时间，所以可强化需要冷却的活塞区域的散热效果。特别是，可通过增加冷却通道内燃烧辐射冲击活塞顶部部位的孔数来进一步提高冷却效果。
以下段落的主题是其优点的详细说明。
附图说明
下面依据实施例更详细地解释本发明。有关附图如下：
图1是本发明活塞在活塞销方向的横截面图；
图2是本发明活塞沿图1线II的仰视截面图；
图3是本发明活塞垂直活塞销方向的横截面图；
图4是本发明活塞沿着图1中线IV-IV的截面图；
图5是本发明活塞的透视图；
图6是本发明活塞沿着图1中线IV-IV的另一实施例的截面图。参数符号
活塞头部    1     活塞顶部      2
燃烧室      3     活塞环槽      4
冷却油进口  5     冷却通道      7
支撑肋片    8     活塞裙部      9
冷却油出口  10    活塞环带      11
活塞销座    12    冷却通道盖    13
孔          14    纵向活塞轴线  K
活塞主轴线  KH    冷却通道高度  H
孔14的深度  HB
具体实施方式
依据本发明，单部件冷却通道活塞包括一个锻钢或可锻铝合金制作的活塞头部1(在该活塞头部1的活塞顶部2上有燃烧室3)、一个带有活塞环带11的活塞环槽4、以及一个与活塞环带11水平的圆形闭式冷却通道7，其中活塞裙部9与固定到活塞头部1上的活塞销座12相连。活塞的加工与EP 0799373B 1一致，在用盖13封闭冷却通道7之前，本实施例在冷却通道7中提供孔14，这些孔沿着周边对称布置并以活塞顶部方向定位，即，平行于纵向活塞轴线K。孔14的深度hB不超过冷却通道7高度H的1/4，这样可确保冷却油的循环不受妨碍。这种设计形式可为冷却油创造摇动区域，可增强冷却效果。
冷却油进口5及冷却油出口10在一个包含双作用弹性元件的冷却通道盖13内相对布置，冷却通道7在其向活塞裙部9敞开的端部借助冷却通道盖13关闭。
如图3和4所示，孔14之间的材料区域形成支撑肋片8，其宽度由孔的间距决定。在冷却通道7中，孔14在圆周方向形成间距，这样间距至少相当于孔14直径的一半，而且孔的直径都相同。当然，本领域的技术人员可以使用不同的孔径，使间距相当于最大孔径的一半可克服发动机运行过程中活塞的任何变形。
如图4所示，孔14及支撑肋片8沿着冷却通道7的圆周径向对称布置。在另一个实施例中(图未示)，孔14的数目及支撑肋片的伸展方向可这样布置，在最大/最小推力方向D或GD上可比横向方向布置更多数量的支撑肋片，即，在冷却通道7中可得到肋片在圆周方向的不对称分布。如果支撑肋片以由主活塞轴KH形成的I-IV象限为特征，则在冷却通道7中，孔14及支撑肋片8可以在一个象限内以对称(图4)、非对称或部分对称(图6)分布方式形成，或者依据活塞顶部局部温度分布确定。特别是，可通过在冷却通道7中来自燃烧燃料的热辐射直接作用活塞顶部2的区域中孔的数量来进一步提高冷却效果。这样在活塞负荷变化时可更好地克服应变张力。
如图4和6所示，孔14可设计成圆孔，或者是长边沿着活塞中心向活塞壁径向向外的细长孔(图未示)。这些孔在布置上的不同安排，可得到孔的不同间距，支撑肋片8设计上所用的材料也要相应增加。孔的间距最重要的一点在于，在圆周方向上孔的中心线之间的距离要至少相当于所用最大孔径的一半。
为进一步影响燃烧室3的散热情况，孔14的端部可做成圆形，或如图1所示成一定的角度。
如图1所示，孔14的轴线可布置成平行于活塞纵向轴线K和/或，即，以锐角形式与指向活塞顶部2或燃烧室3的孔结合。

Claims (5)

1.内燃机用单部件冷却通道活塞，具有锻钢制成的活塞头部(1)，包括在活塞顶部(2)上的燃烧室(3)、带有活塞环带(11)的活塞环槽(4)、与活塞环带(11)水平的圆形闭式冷却通道(7)，活塞裙部(9)与固定到活塞头部(1)上的活塞销座(12)相连，以及该活塞在冷却通道内具有朝向活塞顶部的数个孔，
其特征在于，所述孔(14)只设在冷却通道(7)内沿着其周边，燃烧辐射冲击活塞顶部(2)的部位上，其中所述孔(14)的轴线与活塞纵向轴线(K)成锐角，以及所述孔(14)间隔分布，使得孔(14)间的活塞材料可为活塞顶部(2)形成支撑肋片(8)。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述孔(14)在冷却通道(7)的圆周方向上的间距至少是孔(14)直径的一半。
3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述孔(14)的孔径相同。
4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述孔(14)的深度(hB)不超过冷却通道(7)总高度(H)的四分之一。
5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述孔(14)的形状为圆柱形或细长形。
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