CN102203394A - 活塞冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于冷却活塞的活塞冷却装置。本发明的活塞冷却装置包括：冷却流路(20)，其形成在活塞(10)的内部，一处与从外部流入冷却流体的流入口(21)连通，另一处与向外部排出冷却流体的排出口(22)连通，以使冷却流体能够流动；以及流动引导部(30)，其设置在所述冷却流路(20)上，用于在所述活塞(10)升降时，引导通过所述流入口(21)流入到所述冷却流路(20)的冷却流体，使其沿所述冷却流路(20)向所述排出口(22)侧流动。

Description

活塞冷却装置
技术领域
本发明涉及活塞冷却装置，该活塞冷却装置用于在如发动机的内燃机的气缸内冷却进行往复运动的活塞，具体地讲，涉及一种通过使冷却流体在活塞内循环，从而冷却活塞的活塞冷却装置。
背景技术
通常情况下，在汽车或建筑机械等中使用的发动机具有气缸以及在气缸内往返移动的活塞。所述活塞用于将气缸内的爆炸压力通过连杆传递至曲柄轴，因此不仅容易受到由高压的燃烧压力引起的损伤，也容易受到由暴露在高温的燃烧气体而发生热变形等引起的疲劳损坏或如磨损及熔融的损伤。由于这些原因，活塞需要具备单独的冷却结构，图1示出了其中的一例。
参照图1，油道2在活塞1的内部形成为环形。并且，在所述油道2的一侧上形成有注油口3，在所述油道2的另一侧上形成有出油口4，在所述注油口3的相邻位置上设置有喷油孔5。
由所述喷油孔5喷射的冷却油，经所述注油口3流入到所述油道2，在油道2中循环后通过所述出油口4排出。如上所述流动的冷却油从活塞1吸取热量，使活塞1冷却。
但是，如图2及图3所示，由所述喷油孔5喷射的油中的大部分未能经注油口3流入到油道2，而是撞到油道2的上部内表面，而从注油口3排出。因此，在由喷油孔5喷射的油中，只有少量流入到油道2。
如上所述，由于流入到油道2的冷却油的量少，因此通过油道2内部的循环油量减少，由此使活塞1的冷却效率降低。甚至，即便是经油道2流入的少量的油，也很难向出油口4侧移动，从而长时间滞留在油道2内部，因此油道2内部的油温上升，使活塞1的冷却效率进一步降低。
另一方面，由于与油道2的注油口3连接的部位与通过喷油孔5喷射的低温的油接触，因此与其它部位相比冷却量较大。因此在活塞1中产生了温差，而所述温差使活塞1受到热应力，从而降低了耐久性。
如上所述，应用了传统油道的活塞，不仅冷却效率低，而且受到由温差引起的热应力，因此存在活塞及活塞周边配件容易受到损伤的问题。
发明内容
要解决的技术问题
本发明是基于所述问题而提出的，其目的在于，提供一种能够提高活塞的冷却效率的活塞冷却装置。
本发明的另一目的在于，提供一种能够减小活塞的温差，以减少活塞及周边配件因热应力而受到的损伤的活塞冷却装置。
技术方案
为实现所述目的，本发明的活塞冷却装置包括：冷却流路20，其形成在活塞10的内部，一处与从外部流入冷却流体的流入口21连通，另一处与向外部排出冷却流体的排出口22连通，以使冷却流体能够流动；以及流动引导部30，其设置于所述冷却流路20上，用于在所述活塞10升降时，引导通过所述流入口21流入到所述冷却流路20的冷却流体，使其沿所述冷却流路20向所述排出口22侧流动。
根据本发明的一实施例，所述流动引导部30包括：上升用引导部31，其设置在所述冷却流路20的下部，用于在所述活塞10进行上升运动时，使流入到所述冷却流路20的冷却流体，沿所述冷却流路20向所述排出口22侧流动；以及下降用引导部33，其设置在所述冷却流路20的上部，用于在所述活塞10进行下降运动时，使流入到所述冷却流路20的冷却流体，沿所述冷却流路20向所述排出口22侧流动。
所述上升用引导部31包括设置在所述冷却流路20的下部的多个上升用凸起部32，所述下降用引导部33包括设置在所述冷却流路20的上部的多个下降用凸起部34，所述上升用凸起部32和所述下降用凸起部34沿所述冷却流路20交错排列。
此外，所述上升用凸起部32和所述下降用凸起部34分别包括曲面部32b、34b。
此外，所述活塞冷却装置还可以包括流入引导部40，其设置在所述冷却流路20的与所述流入口21连接的位置处，用于将通过所述流入口21流入的冷却流体，引导至所述冷却流路20的内部。
另一方面，也可以通过如下所述的活塞冷却装置来实现所述目的，该装置包括：冷却流路20，其形成在活塞10的内部，该冷却流路的一处与从外部流入冷却流体的流入口21连通，另一处与向外部排出冷却流体的排出口22连通，以使冷却流体能够流动；以及流入引导部40，其形成在所述冷却流路20的与所述流入口21连接的位置处，用于将通过所述流入口21流入的冷却流体引导至所述冷却流路20的内部。
有益效果
根据上所述问题的解决方式，通过在冷却流路形成流动引导部，以使冷却流体能够在活塞的上升运动或下降运动时沿冷却流路流动，从而能够使冷却流路内部的油循环量增加，由此提高活塞冷却效率。
尤其是，一同形成了与所述活塞的上升运动联动而使冷却流体流动的上升用引导部、以及与活塞的下降运动联动而使冷却流体流动的下降用引导部，从而能够使冷却流路内的冷却流体的流量进一步增加，由此能够进一步提高活塞的冷却效率。
另外，上升用引导部由多个上升用凸起部构成，下降用引导部由多个下降用凸起部构成，通过将所述下降用引导部与上升用引导部交错排列，能够进一步增加冷却流路的冷却流体的流量，从而进一步提高冷却效率。
另外，在冷却流路的与流入口连接的位置处形成有流入引导部，使得经流入口流入的冷却流体流入到冷却流路的内部，从而使从冷却流路反射而通过流入口排出至外部的冷却流体的量最小化。换言之，能够增加通过流入口流入到冷却流路的冷却流体的流量。因此，不仅能够使活塞的冷却效率最大化，而且能够减小活塞的温差，使热应力得到最小化。
另一方面，通过使流动引导部和流入引导部形成为曲面，能够使冷却流体从冷却流路的内周面分离的现象最少化，由此能够进一步提高冷却效率。
附图说明
图1为概略地表示一般的活塞冷却结构的截面图；
图2为概略地表示图1的活塞冷却结构的流入口和油道的截面的示意图；
图3为概略地表示模拟图2所示的油道中的油流动状态的结果的图；
图4为概略地表示应用了本发明的一实施例的活塞冷却装置的活塞的立体图；
图5是为了概略地表示本发明的一实施例的活塞冷却装置的主要部分，而沿Ⅴ-Ⅴ剖开图4的活塞的剖视图；
图6为沿Ⅵ-Ⅵ剖开图4的活塞的截面图；
图7至图9是为了说明冷却流体的流动方向，而沿Ⅶ-Ⅶ剖开图4的活塞并部分展开的示意图；
图10为进行形象化而概略地表示图4所示的冷却装置的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的一实施例的活塞冷却装置进行详细说明。
本发明的一实施例的活塞冷却装置，用于使如图4所示的活塞10冷却，并形成为使冷却流体能够在活塞10的内部流动的流路的形状。
如图5至图10所示，所述活塞冷却装置包括：冷却流路20，其设置有流入口21和排出口22，油等冷却流体在其内流动；流动引导部30，其设置在所述冷却流路20的内部，引导所述冷却流体的流动；以及流入引导部40，它将通过所述流入口21流入的冷却流体引导至所述冷却流路20的内部。
所述冷却流路20是用于使冷却活塞10的冷却流体流动的空间，在活塞10的内部形成为环形。但是，对于所述冷却流路20的形状，可以与本实施例不同地实施多种变型。这样的冷却流路20，其一处与流入口21连通，而另一处与排出口22连通。
所述流入口21用于借助喷油孔11等喷射装置，使冷却流体流入到所述冷却流路20，优选具有通过面积由上方向下方逐渐变大的形状。这是因为冷却流体是通过所述流入口21的下方而流入。所述喷油孔11与形成在气缸体上的油通路连通，用于使通过油泵(未图示)压缩的冷却流体喷射至所述流入口21。
所述排出口22是用于排出通过所述冷却流路20而温度升高的油的通路，优选设置在与所述流入口21分隔180度的位置上。这是为了使通过所述流入口21流入而沿冷却流路20流动的冷却流体，均匀地冷却活塞10。
以下，观察冷却流体在具有所述结构的冷却流路20中流动的过程。首先，由喷油孔11喷出的冷却流体通过流入口21流入到冷却流路20。流入到冷却流路20的冷却流体沿双向向排出口22侧流动，并使活塞10冷却。之后，通过排出口22排出至活塞10的外部，而排出的油通过气缸体重新回收到油盘中。
此时，在所述冷却流路20中流动的冷却流体的流量越大，活塞10的冷却效率越高。因此，为了提高所述活塞10的冷却效率，需要提高通过所述流入口21流入到所述冷却流路20的冷却流体的量，以及沿所述冷却流路20流动的冷却流体的量和移动速度。
在本实施例中，为了提高沿所述冷却流路20流动的冷却流体的流量，应用了流动引导部30，为了提高流入到冷却流路20的冷却流体的流入量，应用了流入引导部40。以下，对流动引导部30及流入引导部40进行详细说明。
如上所述，所述流动引导部30，在活塞10上下运动时，用于使冷却流体向排出口22侧流动，并且所述流动引导部30包括上升用引导部31和下降用引导部33。
所述上升用引导部31设置在所述冷却流路20的下部，用于在所述活塞10进行上升运动时，使冷却流体利用其惯性力，向排出口22侧流动。由于所述活塞10的上升运动是加速运动，因此流入所述冷却流路20的内部的冷却流体借助其惯性力向所述冷却流路20的下部流动。具体地说，在所述活塞10进行上升运动时，所述冷却流体相对于所述活塞10向下方移动。如上所述，向下方移动的冷却流体，通过所述上升用引导部31，其流动被引向所述排出口22侧。
所述上升用引导部31具有在所述冷却流路20的下部向上方凸出的多个上升用凸起部32。所述各个上升用凸起部32包括：从冷却流路20的下部向上方垂直形成的上升用垂直壁32a；以及形成在所述垂直壁32a的排出口22侧，从所述垂直壁32a向下部弯曲而形成的上升用曲面部32b。这是为了，当冷却流体借助活塞10的上升运动而向下移动，从而与所述上升用曲面部32b发生碰撞时，使冷却流体从所述上升用曲面部32b反射而与所述上升用曲面部32b分离的情况最少化，使其能够沿所述上升用曲面部32b自然地流动。由此，能够使所述冷却流体与所述冷却流路20接触的时间最大化，进一步提高冷却效率。
所述下降用引导部33设置在所述冷却流路20的上部，用于在所述活塞10进行下降运动时，使冷却流体借助其惯性力向排出口22侧流动。由于所述活塞10的下降运动是加速运动，因此所述活塞10在进行下降运动时，流入到所述冷却流路20内部的冷却流体借助其惯性力移动至所述冷却流路20的上部。具体地讲，在所述活塞10进行下降运动时，所述冷却流体相对于所述活塞10向上方移动，向上方移动的冷却流体，通过所述下降用引导部33，其流动被引向所述排出口22侧。
如上所述的下降用引导部33具有在所述冷却流路20的上部向下方凸出的多个下降用凸起部34。所述各个下降用凸起部34包括：从冷却流路20的上部向下方垂直形成的下降用垂直壁34a；以及形成在所述下降用垂直壁34a的排出口22侧，从所述下降用垂直壁34a向上部弯曲形成的下降用曲面部34b。这是为了，当冷却流体借助活塞10的下降运动而向上移动，与所述下降用曲面部34b发生碰撞时，使冷却流体从所述下降用曲面部34b反射而与所述下降用曲面部34b分离的情况最少化，使其能够沿所述下降用曲面部34b自然地流动。由此，能够使所述冷却流体与所述冷却流路20接触的时间最大化，进一步提高冷却效率。
另一方面，所述上升用凸起部32和所述下降用凸起部34沿所述冷却流路20相互交错排列。当活塞10下降时，冷却流体通过所述下降用凸起部34而向排出口22侧移动，当活塞10再次上升时，通过所述下降用凸起部34向排出口22侧移动的冷却流体，通过与所述下降用凸起部34在排出口22的方向上相邻的上升用凸起部32，再次向排出口22侧移动。此后，当活塞10再次下降时，冷却流体通过与所述上升用凸起部32在排出口22侧相邻的下降用凸起部34，又重新向排出口22侧移动。所述过程重复进行，从而流入到所述冷却流路20的冷却流体向排出口22侧快速移动。
如上所述，即使现有的活塞10只进行上下运动，也能使在冷却流路20内部仅上下移动的冷却流体，与活塞10的上下运动联动，而沿冷却流路20流动，从而能够增加冷却流路20内的流量，由此显著提高活塞10的冷却效率。
在本实施例中，虽然例示了所述上升用引导部31及下降用引导部33分别由多个凸起部32、34构成，但即使在所述上升用引导部31及下降用引导部33与本实施例不同而由单个的凸起部组成的情况下，与传统技术相比，也能提高冷却流体的流量。因此，上升用引导部31或下降用引导部33由单个的凸起部构成的情况，也包括在本发明的技术思想中。
此外，尽管在本实施例中例示了所述垂直壁32a、34a的一侧形成有曲面部32b、34b的情况，但是与本实施例不同，所述曲面部32b、34b也可以变型为向排出口22侧倾斜的斜面来使用，而这种情况也属于直接使用本发明的技术思想的情况。
另外，虽然在本实施例中例示了流动引导部30包括上升用引导部31和下降用引导部33的情况，但所述流动引导部30也可以仅由上升用引导部31和下降用引导部33中的某一个来构成。
如上所述，所述流入引导部40用于引导通过流入口21流入的冷却流体流入到冷却流路20的内部，其形成于所述冷却流路20的连接有所述流入口21的位置。如上所述，在现有技术中通过流入口21流入的冷却流体的大部分，在碰撞到冷却流路20的内部上表面之后，再次从流入口21排出。因此，流入到冷却流路20的流量不足，引起活塞10的冷却效率显著降低。由于这样的原因，本实施例中设置了流入引导部40，使通过流入口21流入的冷却流体，流入到所述冷却流路20的内部。
所述流入引导部40由在所述冷却流路20的上部向下方凸出形成的流入凸起部40实现，所述流入凸起部40包括：向所述冷却流路20的一方向弯曲的第一流入曲面部40a；以及向所述冷却流路20的另一方向弯曲的第二流入曲面部40b。根据所述的结构，通过所述流入口21流入的冷却流体，受到所述第一流入曲面部40a的引导，而沿冷却流路20向所述一方向流动，受到第二流入曲面部40b的引导，而沿冷却流路20向所述另一方向流动。
本实施例中，由于冷却流路20为环形，并且排出口22与流入口21间隔180度设置，因此虽然使用了2个流入曲面部40a、40b，但在与本实施例不同，将连接流入口21和排出口22的冷却流路设计成一个路径的情况下，所述流入曲面部40a、40b也可以构成为由向所述排出口22侧弯曲的单个曲面部。此外，在本实施例中，虽然例示了流入引导部40形成为曲面部40a、40b的情况，但与本实施例不同，所述流入引导部40可以有多种变型，只要如斜面等能够将流入到所述流入口21的冷却流体引导至冷却流路20的内部即可。
以下，对具有所述结构的活塞冷却装置的运行进行说明。
首先，如图7所示，从喷油孔11喷出的冷却流体通过流入口21流入到冷却流路20。流入到所述冷却流路20的流体，借助第一流入曲面部40a而引向图中的右侧方向，从而流入到所述冷却流路20内部的右侧，并且借助所述第二流入曲面部40b而引向左侧方向，从而流入到所述冷却流路20内部的左侧。如上所述，通过借助第一及第二流入曲面部40a、40b使冷却流体引向冷却流路20的内部，从而能够使再次从流入口21排出的冷却流体的量最少化。即，通过流入口21流入到冷却流路20的内部的冷却流体的流量增加，由此能够显著提高活塞10的冷却效率。此外，虽然在现有技术中会发生流入口与油道相遇处被过分冷却，从而温度显著降低；冷却流路的其他地方冷却不足，从而温度升高的现象，即温差现象，但在本实施例中，使通过流入口21流入的冷却流体中的大部分流入到冷却流路20的内部，从而能够使温差最小化。
图8中示意地表示了在活塞10进行上升运动时冷却流体的流动方向，流入到冷却流路20的内部的冷却流体与活塞10的上升运动联动而向下方移动，向下方移动的冷却流体借助上升用曲面部32b向排出口22侧引导而流动。
图9中示意地表示了在活塞10进行下降运动时冷却流体的流动方向，流入到冷却流路20的内部的冷却流体与活塞10的下降运动联动而向上方移动，向上方移动的冷却流体借助下降用曲面部34b向排出口22侧引导而流动。
如上所述，与活塞10的上下方向往返移动联动，使流入到冷却流路20的内部的冷却流体流向排出口22侧，从而能够增加冷却流路20的冷却流体流量，因而能够进一步提高活塞10的冷却效率。
工业实用性
本发明可以应用于如柴油或汽油发动机的内燃机中。

Claims (5)

1.一种活塞冷却装置，其特征在于，该装置包括：
冷却流路(20)，该冷却流路形成在活塞(10)的内部，该冷却流路的一处与从外部流入冷却流体的流入口(21)连通，另一处与向外部排出冷却流体的排出口(22)连通；以及
流动引导部(30)，该流动引导部设置在所述冷却流路(20)上，用于在所述活塞(10)升降时，引导通过所述流入口(21)流入到所述冷却流路(20)的冷却流体，使其沿所述冷却流路(20)向所述排出口(22)侧流动。
2.根据权利要求1所述的活塞冷却装置，其特征在于，所述流动引导部(30)包括：
上升用引导部(31)，所述上升用引导部在所述冷却流路(20)内设置在下部，并具有这样的曲面部(32a)，在所述活塞(10)进行上升运动时，该曲面部向所述排出口(22)侧引导借助惯性在所述冷却流路(20)中向下流动的冷却流体；以及
下降用引导部(33)，所述下降用引导部在所述冷却流路(20)内设置在上部，并具有这样的曲面部(34a)，在所述活塞(10)进行下降运动时，该曲面部向所述排出口(22)侧引导借助惯性在所述冷却流路(20)中向上流动的冷却流体。
3.根据权利要求2所述的活塞冷却装置，其特征在于，
所述上升用引导部(31)包括设置在所述冷却流路(20)的下部的多个上升用凸起部(32)，
所述下降用引导部(33)包括设置在所述冷却流路(20)的上部的多个下降用凸起部(34)，
所述上升用凸起部(32)和所述下降用凸起部(34)沿所述冷却流路(20)交错排列。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的活塞冷却装置，其特征在于，
该活塞冷却装置还包括流入引导部(40)，该流入引导部设置在所述冷却流路(20)的与所述流入口(21)连接的位置处，用于将通过所述流入口(21)流入的冷却流体引导至所述冷却流路(20)的内部。
5.一种活塞冷却装置，其特征在于，该装置包括：
冷却流路(20)，该冷却流路形成在活塞(10)的内部，该冷却流路的一处与从外部流入冷却流体的流入口(21)连通，另一处与向外部排出冷却流体的排出口(22)连通，以使冷却流体能够流动；以及
流入引导部(40)，该流入引导部形成在所述冷却流路(20)的与所述流入口(21)连接的位置处，用于将通过所述流入口(21)流入的冷却流体引导至所述冷却流路(20)的内部。
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