CN100458133C - 内燃机一体式活塞的冷却通道盖 - Google Patents

内燃机一体式活塞的冷却通道盖 Download PDF

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Abstract

内燃机的整块活塞的冷却通道盖，该活塞具有闭合的冷却通道，该冷却通道在活塞顶内，且在活塞环带的水平上环绕，在活塞环带和活塞轴之间有环状凹槽，其中活塞轴连接悬挂在活塞顶上的活塞毂。在该活塞中，组装冷却通道盖非常容易，因为具有一个整体塑料环，其是U形横截面；环周缘带有径向偏折的外柄和内柄；环在圆周上带有至少一个薄片铰缘，使至少一个柄能发生至少一次径向偏置，柄与冷却通道内缘上的台阶式圆锥形凹槽咬合，以便闭合冷却通道。

Description

内燃机一体式活塞的冷却通道盖
技术领域
本发明涉及内燃机的一体式活塞的冷却通道盖，该活塞具有闭合的冷却通道，该冷却通道在活塞顶内且在活塞环带的水平上环绕，在活塞环带和活塞轴之间有环状凹槽，其中，活塞轴连接悬挂在活塞顶上的活塞毂(piston hubs)。
背景技术
德国专利公开号DE40 39 751A1公开了一种多组件的冷却活塞，其在活塞头边缘区域设置了一条冷却通道。通道上覆盖有板簧结构的金属片环。金属片环是整体构成的，由于活塞的结构是两块式的，所以金属片环能很容易地和活塞组装在一起。首先要将金属片环和活塞上半部组合，然后将上半部活塞与下半部连接在一起。
另外，德国专利公开号DE 252 638A1和德国专利公开号DE 41 34 530A1披露的活塞中带有敞开的金属片环结构的壁组件，该组件覆盖着冷却通道，冷却通道向底部敞开并以环形环绕在四周。该壁组件安设在槽内，分别抵靠活塞环内周以及燃烧室壁的外周。其优点是具有符合西格环原理的塑性变形，即能在径向偏置。
另外，德国专利号DE 42 08 037C2公开了带冷却通道的多组件活塞，其中，向底部敞开的冷却通道借助于板簧偏置而被覆盖，板簧的圆周至少分成两部分，其自由地设置在支架上，轴向抵靠另一边，径向抵靠内侧和外侧。
最后，欧洲专利号EP 0 561 871B1和EP 0 799 373B1公开了具有冷却通道的一体式活塞，冷却通道位于活塞头的边缘区域，该通道也通过板簧结构的盖环或带有套环的板簧结构的盖环而闭合。
上述例子的缺点是盖环或板簧为了能组装在一起，必须是两部分的结构。而且，在组装中，两个半环都必须能各自以偏置的状态进入活塞顶上相应的轴承座。
发明内容
本发明的目的是提供一用于内燃机一体式活塞的冷却通道盖，其能简单快速安装，与已知技术相比，活塞重量得以减轻。
为了实现上述目的，本发明使用一整块U形的塑料环，其周缘带有径向偏折的外柄和内柄。该环在圆周上带有至少一个薄片铰缘，使至少一个柄能发生至少一次径向偏置，以便闭合冷却通道。柄与冷却通道内缘上的台阶式圆锥形凹槽咬合。该薄片铰缘较佳地，位于U形环的径向外柄或径向内柄上，并由柄在环底的角上的材料变薄而构成。较佳地，环由聚硫苯(PPS)或聚酰亚胺(PI)制成。
较佳地，冷却通道上的凹槽在活塞的轴向形成圆锥形的壁，在U形环组装完毕的状态下，其上抵靠安置略微偏置的径向外柄和径向内柄。优选的，外柄设置在活塞顶外周，并相对活塞的交叉轴(横向轴)径向向外偏折，内柄设置在活塞顶的内周，并相对活塞的交叉轴径向向内偏折。
在优选的实施例中，在径向外柄和径向内柄上带有向环底延伸的狭缝。狭缝在环外周上不均匀分布，以形成数个脊长(L)不同的柄。优选的，狭缝宽度是2～3mm，脊长是15～20mm。
优选的，U形环在径向分开形成一嘴宽，成为冷却通道的冷却油入口或冷却油出口。
附图说明
本发明的其它目标和特征可以通过具体实施方式参照附图来领会。请注意，附图只是说明性的，而非对本发明的限制。
几幅附图中相同的附图标记代表相同的元件。
图1是内燃机的一体式活塞，其冷却通道被本发明的U形环闭合，该图是包含两部分的剖面图，图中示出活塞的相对偏移90°的两个纵向剖面图；
图2是偏置了90°的图1中的活塞；
图3是图2中X部分的活塞细节图；
图4是U形塑料环的俯视图；
图5是沿图4中U形塑料环A-A线的剖面图；
图6是沿图4中U形塑料环B-B线的剖面图。
附图标号列表：
1            活塞
2.1          活塞纵轴
2.2          交叉活塞轴
3            活塞毂
4            活塞头
5            燃烧空间凹陷
6            冷却通道
7            活塞环带
8            U形环
8.1          径向外柄
8.2          径向内柄
8.3          环底
9            活塞顶
10           轴
11           环状凹槽
12           薄片铰缘
12.1         径向外柄的薄片铰缘
12.2         径向内柄的薄片铰缘
13           狭缝
13.1         凸起
14.4/14.2    周围凹槽
15.1/15.2    台阶
16           冷却油入口
17           冷却油出口
L            脊长
M            嘴宽
具体实施方式
图1是内燃机的一体式活塞的剖面图，该图由两个部分组成，左边部分是活塞1沿纵轴2方向的剖面图，右边部分是沿由前者偏移90°的纵轴方向的剖面图。
活塞1由钢制成，其活塞顶9带有活塞环带7，活塞头4带有燃烧空间凹陷5。由此活塞轴10连接悬挂在活塞顶上的活塞毂3。活塞顶9内，在活塞环带7的水平上环绕有闭合的冷却通道6。该通道6绕环形外周延伸，其径向外限和径向内限由环壁和活塞顶区域决定，环壁模制在活塞头4上，活塞毂3悬挂在活塞顶上。通道6的内侧的环壁侧带有凹槽14.2而活塞顶侧带有凹槽14.1，其壁区域在轴向形成了向活塞头4收窄的圆锥形。坡度角由轴向活塞轴2.1和凹槽壁的斜面所夹，大约是30°。凹槽14.1和14.2的界限由台阶15.1和15.2所定，其成向活塞轴10收窄的圆锥形，上述角度大约是20°～30°。
在活塞环带7和活塞轴10之间有环状凹槽11，由此借助一体式的截面为U形的塑料环8，可以闭合冷却通道6。根据本发明，使用弹性塑料，尤其是选自聚硫苯(PPS)组中的弹性塑料，比如Ryton的注册商标R4。在本发明的另一个实施例中，也可以使用选自高温聚酰亚胺(PI)组中的塑料，比如DuPont出品的注册商标VESPEL或Mitsui Chemicals Inc出品的注册商标AURUM。上述弹性塑料的特征是耐高温，即可在200℃到400℃长时间工作。另外，这些塑料可以用纤维加强。这里的简称是按照1997年的国际标准ISO1043-1。
按照图4，U形弹性环8的径向外柄8.1偏离环底8.3，径向内柄8.2偏离环底8.3，这些柄被狭缝13分割，狭缝13不均匀地分布在外周，因此形成了不同长度的柄长L。狭缝向下贴近塑料环8的底部8.3，具有近似的V形，狭缝宽度是2～3mm。上述径向狭缝在环的外周分布，角度范围最好是15°～25°。
参照图6中的剖面图，径向外柄8.1设置在环底8.3的外周，其从环底8.3相对活塞的交叉活塞轴2.2径向向外偏折，而径向内柄8.2径向向内偏折并位于活塞底8.3的内周。外周上所谓的薄片铰缘12.1和12.2位于环底8.3的柄14.1和14.2的内角上，这些铰缘由塑料环8圆周上的材料变薄而形成。根据本发明的另一实施例，该薄片铰缘也能仅仅位于U形塑料环8的径向外柄8.1或径向内柄8.2上。
如图4所示，U形塑料环8在径向分开一嘴宽M形成开口17，距其180°的地方的U形开口16有相近的宽度。两个开口16和17分别作为塑料环8组装后状态时的油入口和油出口，向冷却通道6供油。
环8的组装非常简单，其两半侧可以从平面弯曲到凹槽11的轴向高度，并进入凹槽11，被压入悬挂在活塞顶的毂区域之上。处于这种预组装状态时，环的环底8.3被导向活塞头。由于环8的弯曲发生在开口16处或其上方，即在环材料较薄的区域发生弯曲，因此即使使用了相对无弹性的塑料，也完全可能弯折环并使其离开图4所示的平面，而且不造成损坏。关于由聚硫苯(PPS)或高温聚酰亚胺(PI)制成的塑料材料的使用，由于这些材料的弹性使组装不会发生任何问题。
然后，为了闭合冷却通道6，环8被压在台阶15.1和15.2上，这样，柄8.1和8.2就处于凹槽14.1和14.2内，柄的表面在台阶上得到支撑。本发明靠薄片铰缘12.1和12.2得以实现柄8.1和8.2的径向弯曲。面对外柄8.1的外周上设置两个凸起13.1，与冷却通道的凹槽(图中未示)咬合，防止U形环转出位置。
尽管这里只有几个本发明的实施例，但很明显在不离开本发明的构思和范围的基础上可以有各种变化和修饰。

Claims (14)

1.内燃机的整块活塞的冷却通道盖，该活塞具有闭合的冷却通道，该冷却通道在活塞顶内，且在活塞环带的水平上环绕，在活塞环带和活塞轴之间有环状凹槽，其中活塞轴连接悬挂在活塞顶上的活塞毂，冷却通道包括一个整体环，该环周缘带有径向偏折的外柄和内柄，该环的特征是：
由塑料构成；
U形横截面；
环周缘上带有至少一个薄片铰缘，使至少一个柄能发生至少一次径向偏转，柄与冷却通道内缘上的台阶式圆锥形凹槽咬合，以便闭合冷却通道。
2.按照权利要求1所述的冷却通道盖，其中，至少一个薄片铰缘位于U形环的径向外柄或径向内柄上，薄片铰缘由柄在环底的角上的材料变薄而构成。
3.按照权利要求1所述的冷却通道盖，其中，在径向外柄和径向内柄上带有向环状底延伸的狭缝，狭缝在外周上不均匀分布，以形成数个脊长不同的柄。
4.按照权利要求3所述的冷却通道盖，其中，狭缝宽度是2～3mm，脊长是15～20mm。
5.按照权利要求1所述的冷却通道盖，其中，U形环在径向分开形成一嘴宽，成为冷却通道的冷却油入口或冷却油出口。
6.按照权利要求1所述的冷却通道盖，其中，U形环由聚硫苯(PPS)或聚酰亚胺(PI)制成。
7.内燃机的一体式活塞，包括：
活塞顶；
闭合的冷却通道，其在活塞顶内，且在活塞环带的水平上环绕；
活塞轴，通过悬吊在活塞顶上的活塞毂连接活塞顶；
环状凹槽，位于活塞环带和活塞轴之间；和
冷却通道盖，包括一个整体环，该环周缘带有径向偏折的外柄和内柄，该环的特征是：
由塑料构成；
U形横截面；
环在周缘上带有至少一个薄片铰缘，使至少一个柄能发生至少一次径向偏转，柄与冷却通道内缘上的台阶式圆锥形凹槽咬合，以便闭合冷却通道。
8.按照权利要求7所述的活塞，其中，至少一个薄片铰缘位于U形环的径向外柄或径向内柄上，薄片铰缘由柄在环底的角上的材料变薄而构成。
9.按照权利要求7所述的活塞，其中，凹槽在活塞的轴向形成圆锥形的壁，在U形环组装完毕的状态下，其上抵靠安置略微偏转的径向外柄和径向内柄。
10.按照权利要求7所述的活塞，其中，外柄围绕在活塞顶外周，并相对活塞的横轴径向向外偏折，内柄围绕活塞顶的内周，相对活塞的横轴径向向内偏折。
11.按照权利要求10所述的活塞，其中在径向外柄和径向内柄上带有向环状底延伸的狭缝，狭缝在环外周上不均匀分布，以形成数个脊长不同的柄。
12.按照权利要求11所述的活塞，其中，狭缝宽度是2～3mm，脊长是15～20mm。
13.按照权利要求7所述的活塞，其中，U形环在径向上分开形成一嘴宽，成为冷却通道的冷却油入口或冷却油出口。
14.按照权利要求7所述的活塞，其中，U形环由聚硫苯(PPS)或聚酰亚胺(PI)制成。
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