CN100458134C - 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，在该活塞中，组装冷却通道盖非常容易，因为其具有U形横截面，环底，外柄，其围绕在环外周围，浇铸到环底并径向向外偏折，内柄，其围绕环内周，径向向内偏折。第一径向部分，上面有一开口(M)和第二径向部分，在圆周上大致正对第一部分形成第一薄片铰缘以对一个柄进行径向弯折；第二薄片铰缘，其至少一次径向弯曲至少一个柄，以使柄能与冷却通道内缘上的呈台阶状的圆锥形的凹槽咬合，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。
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 252 638 A1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 08 037 C2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 0 561 871 B1和EP 0 799 373 B1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种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，本发明使用一整块横截面为U形的塑料环，其具有环底，外柄和内柄，外柄围绕在环外周，模铸到环底并径向向外偏折，内柄围绕环内周，径向向内偏折。一个第一薄片铰缘在其定位平面内使塑料环的环柄能发生径向偏置。该环带有第一径向部分(radial division)和第二径向部分，该第一径向部分带有一个开口，第二径向部分在圆周上大致正对第一径向部分以形成薄片铰缘，其不会分离径向偏折的环形的外柄。因此，冷却通道盖能简单快速安装在活塞上，活塞重量由于塑料结构而得以减轻。而且，塑料环还带有第二薄片铰缘，其实现了至少一个径向偏折的柄的至少一次径向弯曲，因此，为了闭合冷却通道，柄能与冷却通道内缘上的呈台阶状的圆锥形凹槽咬合。
该薄片铰缘较佳地由外柄的材料厚度所确定。在优选的实施例中，第二薄片铰缘在外柄或内柄上形成，且薄片铰缘均为外柄或内柄在环底的角上的材料变薄所形成。
外柄相对活塞的交叉轴(crosswise piston axis)径向向外偏折，内柄相对活塞的该轴径向向内偏折。
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，以形成数个脊长不同的柄。优选的，第一薄片铰缘设置在狭缝之间的区域内。狭缝宽度最好是2～3mm，狭缝间的脊长是15～20mm。
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，其具有的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；
图7是图4中Y部分活塞的细节图；
图8是U形环的俯视图，其借助本发明的薄片铰缘呈打开状态；
图9是U形环的俯视图，其借助本发明的薄片铰缘呈闭合状态。
附图标号列表：
1          活塞
2.1        活塞纵轴
2.2        活塞交叉轴
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
14.1/14.2  周围凹槽
15.1/15.2  台阶
16         冷却油入口
17         冷却油出口
D          第二径向部分
E          定位平面
L          脊长
M          嘴宽
具体实施方式
图1是内燃机的一体式活塞1的剖面图，该图由两个部分组成，左边部分是活塞1沿活塞纵轴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9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确定，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ISO 1043-1。
按照图4，U形塑料环8的径向外柄8.1偏离环底8.3，其径向内柄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段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的内周上。柄14.1和14.2在环底8.3的内角上，所谓的第二薄片铰缘12.1和12.2设置在周围，其均为塑料环8周缘的材料变薄所形成。按照本发明的另一个实施例，薄片铰缘也可以仅仅设置在U形环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。
参照图4，也就是说，参照放大的细节图图7，所谓的薄片铰缘12设置在开口16的径向外端和圆心，该铰缘其实是活塞头的外柄8.1上的第二径向缺口D，如图8的箭头所示，该薄片铰缘以外柄8.1材料厚度的方式，可使环柄8.4和8.5在塑料环的定位平面E内实现径向弯曲。此时，环柄弯曲尺度由环8所应用的塑料的机械强度所确定，完全能够弯曲到接触环的外径。
按照本发明的另一个实施例(图中未示)，薄片铰缘12也可以设置在U形环8的径向内柄8.1上，在此实施例中，如图8和9所示，开口16并非径向向内，而是径向向外。然而，考虑到开口16的宽度，这极大地限制了两个环柄8.4和8.5的弯曲。
环8的组装非常简单，其利用第一薄片铰缘12弯曲进入到凹槽11内，并被压入悬挂在活塞顶9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4。为了闭合冷却通道6，环8被随后压在台阶15.1和15.2上方，这样，其外柄8.1和内柄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。塑料环的第二薄片铰缘12.1和12.2保证了柄8.1和8.2的径向弯曲。外周上面对外柄8.1可以设置一个或两个凸起13.1，其在外周上凸起，与冷却通道的一个或两个凹槽(图中未示)咬合，防止U形环转出其位置。
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 (8)

1.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，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，包括一个整体塑料环，该塑料环具有：
U形横截面；
环底；
外柄，围绕在环外周，模铸到环底并径向向外偏折；
内柄，围绕在环内周，径向向内偏折；
环上的第一径向部分，上面有一开口；
第二径向部分，在环周缘上正对第一部分，其特征是，在所述环中：
所述第二径向部分不会分离外柄，该第二径向部分形成第一薄片铰缘以在定位平面对其中一个柄进行径向弯折；和
第二薄片铰缘，其至少一次径向弯曲至少一个柄，以使柄能与冷却通道内缘上的呈台阶状的圆锥形的凹槽咬合，闭合冷却通道。
2.按照权利要求1所述的活塞，其中，第一薄片铰缘由外柄的材料厚度确定。
3.按照权利要求1所述的活塞，其中，第二薄片铰缘在外柄或内柄上形成，且薄片铰缘均为外柄或内柄在环底的角上的材料变薄所形成。
4.按照权利要求1所述的活塞，其中，外柄相对活塞的交叉轴径向向外偏折，内柄相对活塞的交叉轴径向向内偏折。
5.按照权利要求1所述的活塞，其中，在径向外柄和径向内柄上带有向环底延伸的狭缝，狭缝在外周上不均匀分布，以形成数个脊长不同的柄。
6.按照权利要求5所述的活塞，其中，第一薄片铰缘设置在狭缝间的区域内。
7.按照权利要求5所述的活塞，其中，狭缝宽度是2～3mm，脊长是15～20mm。
8.按照权利要求1所述的活塞，其中，U形环是由聚硫苯(PPS)或聚酰亚胺(PI)制成。
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