CN103380283A - 冷却的活塞及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机的活塞（1），所述活塞具有一个活塞顶（14）和一个冷却通道（9），在所述冷却通道内定位一个带有至少一个开孔（13）的分隔元件（10），由此在冷却通道（9）的与分隔元件（10）的一部分壁之间产生一个压力室（11），所述压力室在压力作用下借助至少一个进油口（15）被充满油，其中油从开孔（13）流出并且至少撞击到冷却通道（9′）的一个区域上，从而可冷却活塞。根据本发明设定，未加工的分隔元件（10）可定位在较后的冷却通道（9）的壁上，从而分隔元件（10）在制造活塞（1）的框架内可一起加工，其中借此取消与加工活塞（1）分开地加工分隔元件（10）。此外本发明还涉及一种用于制造内燃机的这种活塞（1）的方法。

Description

冷却的活塞及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机的活塞，所述活塞具有一个活塞顶和一个冷却通道，在所述冷却通道内定位一个带有至少一个开孔的分隔元件，由此在冷却通道和分隔元件的一部分壁之间产生一个压力室，所述压力室在压力作用下借助至少一个进油口被充满油，其中油从开孔流出并且至少撞击在冷却通道的一个区域上，从而可冷却活塞，并且本发明还涉及一种用于制造内燃机的活塞的方法，在活塞制造后通过喷射出的油对所述活塞进行冷却，其中使油从压力室通过分隔元件的至少一个开孔通过在充满油的压力室中产生的压力针对性地至少喷射到冷却通道的一个区域上，所述分隔元件定位在活塞的冷却通道内并且借此在冷却通道内在冷却通道和分隔元件的一部分壁之间形成经由至少一个进油口可充满油的压力室。

背景技术

由WO2007/110056A1已知一种两件式活塞，在所述活塞的冷却通道内设置有一个平行于活塞顶设置的环形的分隔壁，所述分隔壁具有一个或多个喷嘴状的开孔，所述开孔如此设置，以致它们各自的出口射流朝活塞顶的底面定向。在此处于分隔壁下面的空间优选完全充满冷却油，从而在至少一个喷嘴状的开孔上施加特别高的冷却压力并且冷却油射流通过从开孔排出获得一个最优的加速度。根据WO2007/110056A1，分隔壁设置在两件式活塞的内部或外部支承面与配置给该分隔壁的支承撑面之间，从而分隔壁可以特别容易地安装和固定。根据WO2007/110056A1可选的是，分隔壁构成为一个集成到活塞头或活塞裙内的壁件，所述壁件在制造活塞时被一起浇注。在根据WO2007/110056A1的另一种可选方案中，分隔壁设置在冷却通道的由活塞裙形成的区域内。

这种由现有技术已知的活塞的缺点在于，用于活塞的分隔壁作为分开的结构件进行制造并且因此独立于活塞的制造而进行制造。已经浇注到活塞内的分隔壁此外还有这样的缺点，即分隔壁和活塞的冷却通道在浇注过程之后只能够有限地进行加工。

发明内容

本发明的目的因此在于，实现一种可良好冷却的活塞，所述活塞可容易且低价地制造并且所述活塞不具有现有技术的上述缺点。

这个目的通过这种方式实现，即未加工的分隔元件可定位在较后的冷却通道的壁上，从而分隔元件在制造活塞的框架内可一起加工，其中借此取消与加工活塞分开地加工分隔元件。

有利的是，分隔元件在未加工的状态下可定位在活塞的较后的冷却通道的壁上，从而取消与制造活塞分开地制造分隔元件，因为将分隔元件在制造活塞的框架内一起进行加工。借此，分隔元件，也如活塞那样，可容易且低价地制造。此外，通过将未加工的分隔元件定位在活塞的较后的冷却通道的壁上，活塞与分隔元件一起的自动加工成为可能，从而借此降低生产成本并且此外缩短生产时间。此外有利的是，通过根据本发明的分隔元件，提高了活塞的运行安全性，因为很好地借助分隔元件冷却活塞。

在一种有利的方案中，活塞包括一个上部和一个下部。上部和该下部可以分别分开地进行制造，例如借助一种用于成形的制造方法，例如借助浇注，借助一种用于变形的制造方法，例如借助锻造，和/或借助一种的切削的制造方法，例如借助车削、铣削和/或磨削。

在另一种有利的方案中，活塞的上部和下部由同一种轻金属材质构成，像例如铝、镁或一种它们的合金，或者由同一种金属的材料构成，像例如一种钢材或一种用于浇注的材料。可选的可以是，该上部和该下部分别由前述材料中一种不同的材料构成。

在另一种有利的方案中，在装配状态下，上部紧挨着下部，至少紧挨着上部和下部的一个共同的相应的支承面，从而上部和下部可容易地定位。

在另一种有利的方案中，在活塞的装配状态下，上部与下部连接，例如借助至少一种螺纹连接、焊接连接、压制连接、螺旋连接或类似的方法。

在另一种有利的方案中，未加工的分隔元件固定在上部上，从而分隔元件在加工上部的框架内可一起加工。可选的可以是，未加工的分隔元件固定在下部上，从而分隔元件在加工下部的框架内可一起加工。在此，未加工的分隔元件可以借助至少一种螺纹连接、焊接连接、压制连接、螺旋连接或类似的方法固定在上部或下部上。

在另一种有利的方案中，未加工的分隔元件构成为环形的。在此，未加工的分隔元件可以由多个单件组合而成，所述多个单件例如组合产生一个环绕的环形。可选的是，活塞可以具有多个作为单件的未加工的分隔元件，所述多个分隔元件分别装入一个不连续构成的冷却通道中。在一种特别优选的方案中，未加工的分隔元件构成为一体的环，从而该一体的环可定位在一个环绕的冷却通道中。未加工的分隔元件可以例如由一种轻金属材质构成，像例如铝、镁或一种它们的合金，或由一种金属的材料构成，像例如一种钢材或一种用于浇注的材料。

在另一种特别优选的方案中，在分隔元件加工之后，分隔元件的开孔构成为喷嘴形的。未加工的分隔元件可以具有已经部分预制的开孔，所述开孔在加工的框架内加工成喷嘴形的。可选的可以是，未加工的分隔元件不具有开孔，从而仅仅在加工的框架内将开孔添加到分隔元件中。

借助喷嘴形的开孔，从分隔元件的开孔流出的油可以针对性地对准冷却通道的壁的至少一个区域，特别是对准在活塞顶的底面上的至少一个区域和/或对准与活塞环区相对置的壁的至少一个区域上。分隔元件的构成为喷嘴形的开孔在此可以例如具有圆锥形状、漏斗形状、管形状、文式管形状或这类的形状。

在另一种有利的方案中，在分隔元件中的开孔的数量和/或开孔的直径变化。借此，一方面可以通过开孔数量的变化针对性地用油喷射冷却通道的壁的至少一个区域，特别是在活塞顶的底面上的至少一个区域和/或与活塞环区相对置的壁的至少一个区域，所述区域在燃油燃烧期间经受特别高的温度。另一方面可以通过在分隔元件中的开孔直径的变化使从开孔流出的油射流的射流宽度和/或射流速度与活塞当时的温度负荷匹配。

在另一种有利的方案中，分隔元件与冷却通道的壁借助至少一个密封元件优选借助一个O形密封圈密封。当未加工的分隔元件固定在上部上并且在上部和分隔元件被共同加工后上部与分开加工的下部连接时，在分隔元件与下部之间形成的缝隙可以借助密封元件密封。优选的是，下部的与密封元件直接接触的面被特别配合精确地制造。分隔元件的容纳密封元件例如O形密封圈的区域也被特别配合精确地制造。分隔元件可以例如具有一个槽或类似物，用于容纳O形密封圈。可以将实现例如特别好的表面质量和特别高的配合精度的制造理解为配合精确的制造。

在一种有利的可选方案中，可选的可以是，其中分隔元件固定在下部上，以致在活塞组装后在上部与分隔元件之间形成的缝隙借助密封元件例如O形密封圈密封。上部的与密封元件接触的面在此被特别配合精确地制造。在这种可选的方案中，分隔元件也可以具有一个槽或类似物，用于容纳O形密封圈。

在另一种优选的方案中，活塞具有至少一个销孔，所述销孔除了容纳销的功能之外还使进油口充满油。可选的或补充的可以是，活塞的进油口经由一个分开的供油口可充满。

此外本发明还请求保护一种用于制造内燃机的活塞的方法，其中在加工活塞之前将未加工的分隔元件定位在活塞的较后的冷却通道的壁上，从而将分隔元件与活塞一起在制造活塞的框架内进行加工，其中借此取消与加工活塞分开地加工分隔元件。

优选由一个上部和一个下部制造活塞。

将未加工的分隔元件优选固定在上部上，从而接着将分隔元件与上部一起进行加工。可选的是，优选将未加工的分隔元件固定在下部上，从而接着将分隔元件与下部一起进行加工。

借助至少一个密封元件优选借助一个O形密封圈将分隔元件优选与冷却通道的壁密封。

优选借助活塞的至少一个销孔使活塞的进油口充满油。可选的或补充的可以是，活塞的进油口经由一个分开的供油口充满。

附图说明

在图1中示出了根据本发明的一种优选的实施形式。其中示出

图1根据本发明的一个活塞的剖面侧视图。

具体实施方式

图1示出内燃机的一个已制造完成的活塞，所述活塞包括一个上部2和一个下部3。所述上部2具有一个在活塞的圆周上的环绕的活塞环区4，该活塞环区具有三个用于容纳未示出的活塞环的环槽，所述上部还具有一个位于活塞顶14的区域内的燃烧室凹腔5和空隙形式的冷却通道9的一部分。根据图1，在该空隙中可以看出活塞顶14的底面。所述下部3在本实例中包含多个进油口15，所述进油口通向形成冷却通道的一部分的另一个空隙。此外根据图1，下部3还具有两个销孔6，所述销孔容纳一个销，一个连杆7借助该销与下部3或活塞1连接。这两个销孔6还连续地使进油口15充满油。

在根据图1的实施例中，上部2在多个相应的支承面区域内定位在下部3上，其中上部2与下部3借助多个螺纹紧固件8固定连接。

根据图1，在装配活塞1之前，将一个未加工的分隔元件10定位在未加工的下部3的冷却通道9的壁上，所述分隔元件在被加工后具有多个开孔13。通过将未加工的分隔元件10固定在未加工的下部3上，分隔元件10在加工下部3的框架内可一起加工，由此取消与加工活塞1分开地加工分隔元件10。固定在下部3上的分隔元件10在本实施例中构成为一体的环，从而分隔元件10将冷却通道9在其整个圆周上分成两个区域，即一个减小的冷却通道9′和一个压力室11。图1示出已加工完成的分隔元件10。

在此在冷却通道9的与分隔元件10的一部分壁之间产生的压力室11在压力作用下借助进油口15被充满油。为了密封压力室11，分隔元件10与上部2的冷却通道9的壁借助一个O形密封圈12密封，所述O形密封圈如分隔元件10那样环绕整个冷却通道9。借此产生一个密封的压力室11，所述压力室经由开孔13与减小的冷却通道9′连接。根据图1，O形密封圈12定位在已加工的分隔元件10所具有的一个槽内。

根据图1，已加工的分隔元件10的开孔13构成为喷嘴形的，在本实例中构成为管状的。此外在实施例中，在已加工的分隔元件10中的开孔13的数量和开孔13的直径在冷却通道9的整个圆周上变化。因此冷却通道9′的那些其中开孔13的数量很多并且开孔13的直径适当匹配于良好的冷却的区域被特别好地冷却。

下面更详细地描述根据图1的活塞1的制造，此外所述活塞包括一个上部2和一个下部3。

在制造活塞1之前，首先制造一个未加工的分隔元件10和一个未加工的下部3。

为了制造活塞1，在随后加工未加工的下部3之前，将未加工的、构成为环形的分隔元件10定位在下部3的较后的冷却通道9的壁上。该未加工的分隔元件10因此在固定到未加工的下部3上后可被看作未加工的下部3的轮廓。接着将固定在未加工的下部3上的、未加工的分隔元件10与未加工的下部3一起在制造下部3的框架内进行加工。借此取消分开地加工未加工的分隔元件10和未加工的下部3。未加工的分隔元件10不具有开孔13。因此在加工期间，在分隔元件10中引入并且一起加工开孔13。除了在加工下部3的框架内加工分隔元件10之外，也在下部3中引入并且一起加工例如活塞1的销孔6、进油口15和杆元件（未示出）。进油口15在实施例中是孔。

另外，与下部3与分隔元件10一起制造分开地制造和加工上部2。根据图1，在加工上部2的框架内例如一起引入燃烧室凹腔5和活塞环区4。

不仅在与分隔元件10一起加工上部2时也在加工下部3时，总是引入并且一起加工分别为空隙形式的较后的冷却通道9的区域和用于上部2和下部3的相应的支承面。特别地，也将上部2的在较后的冷却通道9的壁上的区域配合精确地加工，一个用于密封较后的压力室11的O形密封圈12贴靠在所述壁上。

在制造活塞1的框架内且在活塞1的装配之后，根据图1借助至少O形密封圈12将分隔元件10与冷却通道9的壁密封，所述O形密封圈如分隔元件10那样环绕整个冷却通道9。在此可以将特别好的加工，尤其是在表面质量和配合精度方面的加工理解为配合精确的加工。

在制造和装配活塞1之后且在活塞1在内燃机中运行期间，借助在压力作用下的供给，存在于压力室11中的油连续地从开孔13流出。此外，油连续地以一定的压力和一定的体积流量经由进油口15流入压力室11，从而在压力室11中产生压力，所述压力经由开孔13借助油的连续喷出而消失。通过在压力室11中连续产生的压力，油在此在压力室11的整个圆周上分布在活塞1中。

通过油从开孔13流出并且至少撞击到减小的冷却通道9′的壁的一个区域上特别是撞击到活塞顶14的底面的至少一个区域上和撞击到与活塞环区相对置的壁的至少一个区域上的方式，活塞1连续地并且良好地被冷却。通过借助从开孔13持续流出的油射流对活塞1的针对性的冷却，在此特别减小了在燃烧室凹腔5的区域内和活塞环区4的区域内的表面温度。但通过流出的油射流普遍地在活塞在内燃机内运行期间还减小了活塞1的温度。

为了在运行期间实现活塞1的最优冷却，喷嘴的数量和其直径相互协调，其中必须如此进行协调，以致压力阻碍在冷却通道9的区域内形成油积炭，油以所述压力从压力室11经由开孔13流出。

在活塞1在内燃机中运动和运行期间，在压力作用下存在于压力室11的油从压力室11的喷出通过所谓的夏克尔效应（Shaker-Effekt）还附加地得到加强。然而借助夏克尔效应，由于活塞1在内燃机中的向上和向下运动，特别是在活塞1朝连杆7方向的向下运动中，来自压力室11的油由于惯性从开孔13抛出。

从开孔13抛到减小的冷却通道9′中的油只受夏克尔效应的作用。被抛出的油接着经由未在图1中示出的通道开孔从减小的冷却通道9′和从活塞1中排出。

附图标记表

1       活塞

2       上部

3       下部

4       活塞环区

5       燃烧室凹腔

6       销孔

7       连杆

8       螺纹紧固件

9       冷却通道

9′     冷却通道（减小的）

10      分隔元件

11      压力室

12      O形密封圈

13      开孔

14      活塞顶

15      进油口

Claims (15)

1.内燃机的活塞（1），具有一个活塞顶（14）和一个冷却通道（9），在所述冷却通道内定位一个带有至少一个开孔（13）的分隔元件（10），由此在冷却通道（9）的与分隔元件（10）的一部分壁之间产生一个压力室（11），所述压力室在压力作用下借助至少一个进油口（15）被充满油，其中油从开孔（13）流出并且至少撞击到冷却通道（9′）的一个区域上，从而可冷却活塞（1），其特征在于，未加工的分隔元件（10）可定位在较后的冷却通道（9）的壁上，从而分隔元件（10）在制造活塞（1）的框架内可一起加工，其中借此取消与加工活塞（1）分开地加工分隔元件（10）。

2.根据权利要求1所述的活塞（1），其特征在于，活塞（1）包括一个上部（2）和一个下部（3）。

3.根据权利要求2所述的活塞（1），其特征在于，未加工的分隔元件（10）固定在上部（2）上，从而分隔元件（10）在加工上部（2）的框架内可一起加工。

4.根据权利要求2所述的活塞（1），其特征在于，未加工的分隔元件（10）固定在下部（3）上，从而分隔元件（10）在加工下部（3）的框架内可一起加工。

5.根据权利要求1至4之一所述的活塞（1），其特征在于，未加工的分隔元件（10）构成为环形的，优选构成为一体的环。

6.根据权利要求1至5之一所述的活塞（1），其特征在于，分隔元件（10）的开孔（13）在分隔元件（10）的加工后构成为喷嘴形的。

7.根据权利要求1至6之一所述的活塞（1），其特征在于，在分隔元件（10）中的开孔（13）的数量和/或开孔（13）的直径变化。

8.根据权利要求1至7之一所述的活塞（1），其特征在于，分隔元件（10）与冷却通道（9）的壁借助至少一个密封元件优选借助一个O形密封圈（12）密封。

9.根据权利要求1至8之一所述的活塞（1），其特征在于，活塞（1）具有至少一个销孔（6），所述销孔除了容纳销的功能之外还使进油口（15）充满油。

10.用于制造内燃机的活塞（1）的方法，在活塞（1）的制造后通过喷射出的油对所述活塞进行冷却，其中使油从压力室（11）通过分隔元件（10）的至少一个开孔（13）通过在充满油的压力室（11）中产生的压力针对性地至少喷射到冷却通道（9′）的一个区域上，所述分隔元件定位在活塞（1）的冷却通道（9）内并且借此在冷却通道（9）内在冷却通道（9）和分隔元件（10）的一部分壁之间形成经由至少一个进油口（15）可充满油的压力室（11），其特征在于，在加工活塞（1）之前将未加工的分隔元件（10）定位在活塞（1）的较后的冷却通道（9）的壁上，从而将分隔元件（10）与活塞（1）一起在制造活塞（1）的框架内进行加工，其中借此取消与加工活塞（1）分开地加工分隔元件（10）。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，由一个上部（2）和一个下部（3）制造活塞（1）。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将未加工的分隔元件（10）固定在上部（2）上，从而接着将分隔元件（10）与上部（2）一起进行加工。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将未加工的分隔元件（10）固定在下部（3）上，从而接着将分隔元件（10）与下部（3）一起进行加工。

14.根据权利要求10至13之一所述的方法，其特征在于，借助至少一个密封元件优选借助一个O形密封圈（12）将分隔元件（10）与冷却通道（9）的壁密封。

15.根据权利要求10至14之一所述的方法，其特征在于，借助活塞（1）的至少一个销孔（6）使活塞（1）的进油口（15）充满油。

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