CN103827472A - 内燃机活塞 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内燃机活塞（10、110、210），该活塞具有活塞顶（13）、环绕的活塞环部（15）、在活塞环部（15）的区域中环绕的冷却通道（28）、连接在活塞顶（13）下面的多个销毂支撑件（19）和与之连接的多个活塞销座（17）以及活塞裙（16），其中，一个所有面都封闭的空腔（29）设置在活塞顶（13）的下面，其特征在于，在空腔（29）中容纳有具有低熔点的金属形式或具有低熔点的金属合金形式的冷却剂（32）。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机活塞，该活塞具有活塞顶、环绕的活塞环部、在活塞环部的区域中环绕的冷却通道、连接在活塞顶下面的多个销毂支撑件和与之连接的多个活塞销座、以及活塞裙，其中，一个所有面都封闭的空腔设置在活塞顶的下面。
背景技术
这种活塞由DE 10 2010 009 891.4已知。对此，环绕的冷却通道在发动机运转过程中用于调节活塞顶外部区域中、例如沿着活塞顶凹坑的边缘的温度。在该区域中温度升高不应超过550℃，从而不会损害活塞的部件强度。另一方面，温度不应明显较低，以获得尽可能高的燃烧温度和排气温度从而获得良好的内燃机效率。
活塞顶下面的、所有面都封闭的空腔在发动机运转过程中用于调节活塞顶的中间区域中、例如活塞顶凹坑的内部区域的温度。在该区域中力求使发动机运转过程中的温度大约处于230℃和330℃之间。
然而，在这种类型的活塞中，在所有面都封闭的空腔中仅含有空气，因此难以在活塞顶的中间区域中实现温度的干预。
发明内容
因此，本发明的目的在于以简单的方法这样进一步扩展这种类型的活塞，即，在发动机运转过程中能够影响活塞顶的中间区域中的温度。
该目的的实现方案在于，在空腔中容纳有具有低熔点的金属形式或具有低熔点的金属合金形式的冷却剂。
本发明的原理在于，在发动机运转过程中借助于金属的、具有良好的导热性能的、在发动机运转过程中呈液体状的冷却剂影响活塞顶的中间区域中的温度。冷却剂的导热性能越高并且密闭在空腔中的冷却剂量的体积越大，从活塞顶朝向活塞内部方向传导的热就越多。因此能够通过加入冷却剂的量和/或通过冷却剂的导热性能、即通过选择冷却剂材料来干预活塞顶的中间区域中的温度。
本发明适用于所有活塞类型，即，适用于一件式活塞和由多个部分构成的活塞以及适用于具有低的结构高度的活塞。根据本发明的活塞具有高稳定性的特征，因为在外部的冷却通道和内部的空腔之间没有设置作为应力高度集中的位置而产生不稳定效果的冷却油通道。
有利的扩展方案由从属权利要求给出。
适合用作冷却剂的、具有低熔点的金属特别是钠或钾。作为低熔点的金属合金特别能够使用合金、具有低熔点的铋合金和钠钾合金。
由镓、铟和锡构成的合金体系称为所谓的
合金，该合金在室温下是液体。该合金由65重量%至95重量%的镓、5重量%至26重量%的铟和0重量%至16重量%的锡构成。优选的合金例如是这样的合金，即具有68重量%至69重量%的镓、21重量%至22重量%的铟和9.5重量%至10.5重量%的锡（熔点为-19℃）；62重量%的镓、22重量%的铟和16重量%的锡（熔点为10.7℃）；以及59.6重量%的镓、26重量%的铟和14.4重量%的锡（三元低共熔混合物，熔点为11℃）。
已知很多低熔点的铋合金。对此例如有LBE（低共熔的铋铅合金，熔点为124℃）；罗斯易熔合金（50重量%的铋、28重量%的铅和22重量%的锡，熔点为98℃）；易熔合金（42重量%的铋、42重量%的铅和16重量%的锡，熔点为108℃）；Schnelllot（52重量%的铋、32重量%的铅和16重量%的锡，熔点为96℃）；达塞氏合金（50重量%的铋、25重量%的铅和25重量%的锡）；伍德合金（50重量%的铋、25重量%的铅和12.5重量%的锡和12.5重量%的镉，熔点为71℃）；利波维茨低温可熔合金（50重量%的铋、27重量%的铅和13重量%的锡和10重量%的镉，熔点为70℃）；Harpers合金（44重量%的铋、25重量%的铅和25重量%的锡和6重量%的镉，熔点为75℃）；Cerrolow117（44.7重量%的铋、22.6重量%的铅和19.1重量%的铟、8.3重量%的锡和5.3重量%的镉，熔点为47℃）；Cerrolow174（57重量%的铋、26重量%的铟、17重量%的锡，熔点为78.9℃）；菲尔德合金（32重量%的铋、51重量%的铟、17重量%的锡，熔点为62℃）；以及沃克合金（45重量%的铋、28重量%的铅、22重量%的锡和5重量%的锑）。
合适的钠钾合金能够含有40重量%至90重量%的钾。特别合适的是具有78重量%的钾和22重量%的钠的、低共熔的合金NaK（熔点为-12.6℃）。
容纳在空腔中的冷却剂的量取决于该冷却剂的导热性能和所希望的温度调节程度。容纳在空腔中的冷却剂的体积优选最高为空腔容积的10%。这样做的优势还在于，使冷却剂在发动机运转过程中受到所谓的振荡效应，其中冷却剂在空腔中与活塞冲程方向相反地移动。在活塞下行冲程过程中冷却剂朝向活塞顶的方向移动并且能够吸收热量。在活塞上行冲程过程中冷却剂朝向活塞裙的方向移动并从而能够将所吸收的热量朝向活塞裙的方向排出。由此进一步改善冷却效果。
在一个优选的扩展方案中能够在活塞顶中设置由耐温的钢或镍基合金制成的活塞顶凹坑，以提高根据本发明的活塞的耐温性能。使用镍基合金的优势还在于，额外地提高了根据本发明的活塞的耐腐蚀性。
能够以合适的方式由耐温的钢或镍基合金构成整个活塞顶。此外能够由耐温的钢或镍基合金构成环绕的活塞环部的至少一部分。
根据本发明的活塞能够形成为一件式的、例如经铸造的活塞。根据本发明的活塞还能够形成为由多个部分构成的活塞，例如由活塞上部件和活塞下部件组成。这些部件例如可以是铸件或锻件，并且例如可以由钢材或镍基合金制成，特别是锻造而成。部件之间的连接可以以任意方式进行，例如通过焊接、用螺钉拧紧或钎焊。焊接方法、特别是摩擦焊接法和激光焊接法是特别合适的接合方法。
附图说明
下面根据附图详细说明本发明的实施例。其中，以示意性的、未按精确比例的附图示出：
图1：根据本发明的活塞的第一实施例的剖面图；
图2：根据本发明的活塞的另一个实施例的剖面图；
图3：根据本发明的活塞的另一个实施例的剖面图。
具体实施方式
下面根据一个由两部分组成的活塞说明本发明。当然，本发明也能够通过其他合适的活塞类型来实现。
图1示出了根据本发明的、以箱式活塞形式的活塞10的第一实施例。根据本发明的活塞10由活塞基体11和活塞顶部件12组成。活塞基体11在本实施例中由钢材锻造而成，而活塞顶部件12由高度耐温的钢材或镍基合金制成。
活塞基体11具有活塞顶13的一部分、环绕的活塞顶岸14和环绕的活塞环部15。活塞基体11还具有活塞裙16以及活塞销座17，该活塞销座具有用于容纳活塞销（未示出）的毂孔18。活塞销座17经由销毂支撑件19和活塞顶13的底侧13’相连。
活塞顶部件12具有活塞顶13的包含活塞顶凹坑21的一部分。活塞顶凹坑21具有凹坑底22和环绕的凹坑边缘23。
活塞基体11具有环绕的内部支承部件24，而活塞顶部件12具有相应的、环绕的内部支承部件25。两个支承部件24、25通过接合面相互接触。活塞基体11在活塞顶岸14的区域中还具有另一个接合面，该接合面和活塞顶部件12的凹坑边缘23的区域中的相应接合面相接触。
活塞基体11和活塞顶部件12能够以任意方式接合在一起，其中活塞基体11和活塞顶部件12相对应的接合面相互连接在一起。在本实施例中选择了焊接的方法，因此，活塞基体11和活塞顶部件12通过接缝26、27相互连接在一起。
活塞基体11和活塞顶部件12构成环绕的、以已知方式提供冷却油的冷却通道28，如图1所示。活塞基体11和活塞顶部件12还构成了一个空腔29，该空腔在本实施例中大体上设置在凹坑底22的下面。
空腔29的所有面都是封闭的，也就是说，活塞基体11和活塞顶部件12完全没有例如像冷却油通道一样的、连接外部的冷却通道28和空腔29的孔隙。为了在朝向活塞裙16和活塞销座17的方向上封闭空腔29，设置了密封部件31。在本实施例中，密封部件31是和活塞基体11一件式形成的密封壁，该密封壁在销毂支撑件19的区域中和活塞基体11连成一体，因此不会有润滑油从曲轴箱以及不会有冷却油从冷却通道28进入到空腔29中。
如上举例所述，在空腔29中容纳有具有低熔点的金属形式或具有低熔点的金属合金形式的冷却剂32。液体冷却剂32的体积在本实施例中约为空腔29的容积的5%至10%。
图2和3示出了其它的、根据本发明的活塞110和210的实施例，这两个活塞的区别仅在于活塞基体111和211以及活塞顶部件112、212的构造。
根据图2的活塞110具有由高度耐温的钢或镍基合金制成的活塞顶部件112，该活塞顶部件包括整个的活塞顶13。因此，活塞基体111和活塞顶部件112在活塞顶13的区域中通过接缝127相互连接在一起，该接缝在活塞环部15的上面水平延伸通过活塞顶岸14。关于活塞110的其他结构及其功能参考关于图1的描述。
根据图3的活塞210具有由高度耐温的钢或镍基合金制成的活塞顶部件212，该活塞顶部件包括：整个的活塞顶13、活塞顶岸14和活塞环部15的一部分。因此，活塞基体211和活塞顶部件212在活塞环部15的区域中通过接缝227相互连接在一起，该接缝在活塞环部15的上面水平延伸通过活塞顶岸14。关于活塞210的其他结构及其功能参考关于图1的描述。
Claims (8)
1.一种内燃机活塞（10、110、210），所述活塞具有：活塞顶（13）、环绕的活塞环部（15）、在活塞环部（15）的区域中环绕的冷却通道（28）、连接在活塞顶（13）下面的多个销毂支撑件（19）和与之连接的多个活塞销座（17）、以及活塞裙（16），其中，一个所有面都封闭的空腔（29）设置在活塞顶（13）的下面，其特征在于，在空腔（29）中容纳有具有低熔点的金属形式或具有低熔点的金属合金形式的冷却剂（32）。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，作为低熔点的金属使用钠和钾。
3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，低熔点的金属合金是从包括合金、具有低熔点的铋合金和钠钾合金的一组合金中选择的。
4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，容纳在所述空腔（29）中的冷却剂（32）的体积最高为所述空腔（29）的容积的10%。
5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，在所述活塞顶（13）中设置由耐温的钢或镍基合金制成的活塞顶凹坑（21）。
6.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞顶（13）由耐温的钢或镍基合金制成。
7.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，由耐温的钢或镍基合金构成所述活塞顶（13）和环绕的所述活塞环部（15）的至少一部分。
8.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞形成为由一件式的或由多个部分构成的活塞（10、110、210）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140528 |