CN103912397A - 内燃机用活塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的活塞(10，110，210)，所述活塞具有活塞头(13)、环形活塞环部(16)、处于所述活塞环部(16)区域的环形冷却通道(27)、连接在所述活塞头(13)下方的毂支架(21)及连接所述毂支架的活塞毂(18)，以及活塞杆(17)。本发明在所述活塞头(13)下方设置在所有侧面上封闭的空腔(28)，所述空腔中设有朝所述活塞杆(17)布置的密封件(29，129，229)。

Description

内燃机用活塞

技术领域

本发明涉及一种内燃机用活塞，具有活塞头、环形活塞环部、处于所述活塞环部区域的环形冷却通道、连接在所述活塞头下方的毂支架及连接所述毂支架的活塞毂，以及活塞杆。

背景技术

内燃机工作时，从曲柄箱流出的润滑油滴会与活塞头的高温底面发生接触。润滑油会在此过程中蒸发，其中，活塞头的底面越热，蒸发后的润滑油颗粒越小。此外，润滑油会出现老化现象，甚至会碳化并在活塞头底面形成油碳层。前述过程还会缩短润滑油更换周期，其程度与润滑油老化程度成比例。

众所周知，从曲柄箱流出的润滑油颗粒连同流经活塞进入曲柄箱的泄漏流(即所谓“吹漏气”)一起进入油雾分离器，至少部分发生分离，使得清洁后的吹漏气重新输入内燃机内的燃烧用空气。分离度主要取决于润滑油颗粒大小。粒度越小(即活塞头的底面越热)，油雾分离器则越需要采用复杂的设计方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种活塞，其润滑油老化至少得以延迟且润滑油颗粒在油雾分离器中的分离度得到改善。

本发明用以达成上述目的的解决方案在于，在所述活塞头下方设置在所有侧面上封闭的空腔，所述空腔中设有朝所述活塞杆布置的密封件。

本发明基于以下原理，降低与源于曲柄箱的润滑油发生接触的活塞部件的表面温度。为此，本发明在所述活塞头下方设置在所有侧面上封闭的空腔。亦即，在所述环形冷却通道与所述空腔之间不设置任何冷却油通道，利用仅流过所述环形冷却通道的输入或输入冷却油来为本发明的活塞降温。本发明的空腔利用所容纳的空气对所述活塞头的高温底面进行隔热。因此，所述密封件的表面温度明显低于所述活塞头的底面。

在此情况下，从曲柄箱流出的润滑油不再与所述活塞头的高温表面发生直接接触，而是接触温度明显有所降低的密封件底面。由于温度较低，因而在这个过程中所产生的润滑油颗粒更大，这就明显提高了油雾分离器中的分离速率，油雾分离器也就无需采用复杂设计方案。这种低温可明显延迟润滑油的老化现象且防止形成油碳。

本发明适用于所有活塞类型，亦即，适用于一体式活塞、复合式活塞以及结构高度较低的活塞。本发明活塞的特征在于高稳定性，因为本发明未设置冷却油通道，而冷却油通道所处位置的应力集中极大，会对稳定性制成不利影响。所述密封件本身还起到加固作用，因而可提高活塞结构的强度。

本发明的有利改进方案由从属权利要求给出。

本发明的密封件可以与活塞形成一体。优选实施为与所述活塞的毂连接件形成一体的密封壁。本发明的密封件也可以实施为独立部件，特别是单壁或双壁式密封体。主要根据所用活塞类型来选用密封件，这样就为本发明的设计方案提供了多种可能性。

所述双壁式密封体优选包围一用于对所述活塞头的底面进行进一步隔热的腔室。所述单壁或双壁式密封体本身可以采用一体式或两分式实施方案。

所述密封壁或所述密封体在所述活塞的毂连接件区域与所述活塞连接，这样就产生了一个特别大且在所有侧面上封闭的空腔，该空腔对所述活塞头的底面具有特别有效的隔热效果。

所述实施为独立部件的密封件优选被弹性预应力固定在所述活塞中。尤其在这种情况下，所述密封件可以实施为至少部分具有弹簧弹性的部件。

所述实施为独立部件的密封件优选固定在设置于所述活塞中的容置构件中，这样就能在内燃机工作过程中被固定住。

所述实施为独立部件的密封件可以由任意材料制成，优选采用弹簧钢片。

本发明的活塞可以实施为一体式活塞，如铸造活塞。本发明的活塞还可以实施为(例如)由一个活塞顶部与一个活塞底部组合而成的复合式活塞。这些部件可以(例如)为铸件或锻件、(例如)由钢材料制成，且尤其是经过锻造处理。可以通过任意方式将这些部件连接在一起。优选采用焊接、特别是摩擦焊接实施接合。

附图说明

图1为本发明活塞的第一实施例的剖视图；

图2为图1所示活塞旋转90°后的剖视图；

图3为本发明活塞的另一实施例的剖视图；

图4为图3所示活塞旋转90°后的剖视图；

图5为本发明活塞的另一实施例的剖视图；以及

图6为图3所示活塞旋转90°后的剖视图。

具体实施方式

下面借助附图对本发明的实施例进行详细说明。附图并未按实际比例绘制。

下面利用由顶部与底部构成的两分式活塞对本发明进行说明。当然，本发明也可以通过其他活塞类型(如一体式活塞或铰接活塞)实现。

图1和图2所示第一实施例中，本发明的活塞10实施为空心活塞。本发明的活塞10由活塞顶部11和活塞底部12构成，该活塞顶部和活塞底部在本实施例中由钢材料锻造而成。活塞顶部11具有带活塞顶凹坑14的活塞头13、环形火力岸15及环形活塞环部16。活塞底部12具有活塞杆17及活塞毂18，该活塞毂包含用于容置活塞销(未绘示)的毂孔19。活塞毂18通过毂支架21连接活塞头13的底面13′。

活塞顶部11具有内环形支承件22和外环形支承件23。内支承件22环形围绕布置在活塞头13的底面上。本实施例中的外支承件23布置在活塞环部16下方。

同样，活塞底部12具有内环形支承件24和外环形支承件25。内支承件24环形布置在活塞底部12的顶面上。本实施例中的外支承件25实施为活塞杆17的延长部。本实施例中的毂支架21处于内支承件25下方。

活塞顶部11与活塞底部12可以采用任意接合方案，其中，活塞顶部11的外支承件和内支承件与活塞底部12的对应的外支承件和内支承件连接在一起。本实施例选用了传统的摩擦焊接工艺，从图1和图2中的摩擦焊疤26上可以看出这一点。

活塞顶部11与活塞底部12构成环形冷却通道27。其中，活塞环部16、活塞顶部11的外支承件23以及活塞底部12的外支承件25限制该冷却通道27外部。活塞顶部11的内支承件22及活塞底部12的内支承件24限制该冷却通道27内部。活塞顶部11的内支承件22及活塞底部12的内支承件24还限制一大体布置于活塞头13下方的空腔28。

空腔28在所有侧面上封闭，亦即，活塞顶部11及活塞底部12的内支承件22、24不具有任何开口(如冷却油通道)。设有密封件29，以便在朝活塞杆17及活塞毂18的方向上将空腔28封闭。在本实施例中，密封件29实施为与活塞底部12形成一体的密封壁，该密封壁与活塞底部12的毂支架21区域一体相连，从而防止曲柄箱中的润滑油或冷却通道27中的冷却油进入空腔28。这个在所有侧面上封闭的空腔28用于对活塞头13在活塞顶凹坑14所在区域的底面13′进行隔热，该底面在工作期间温度较高。内燃机工作时从曲柄箱流出的润滑油接触的是密封件29的底面29′，该底面的温度明显低于活塞头13的底面13′。由于温度较低，因而在这个过程中所产生的润滑油颗粒更大，这就明显提高了油雾分离器中的分离速率，油雾分离器也就无需采用复杂设计方案。这种低温可明显延迟润滑油的老化现象且防止形成油碳。

图3和图4为本发明活塞110的另一实施例，该活塞的结构与图1和图2所示活塞10几乎完全相同。为方便起见，这里沿用了在图1和图2的相关说明中所使用的参考符号。

与图1和图2所示活塞10的主要区别在于，活塞110中的密封件129实施为密封体状独立部件。本实施例中的密封件129由弹簧钢片制成，厚度约0.8mm，其朝活塞头13方向略微拱起，从而产生一定预应力。在本实施例中，密封件129被弹性预应力固定在活塞底部12中的毂支架21区域。为此，本实施例中在毂支架21区域设有容置构件131，其实施为深度约0.5mm的环形凹槽，用以容置并固定该密封件129。

在图3和图4所示实施例中，活塞110的活塞顶部11与活塞底部12借助摩擦焊接连接在一起。接合本发明的活塞110时，先以独立部件的形式制成活塞顶部11、活塞底部12及密封件129。本实施例中(例如)通过切削加工在活塞底部12的毂支架21区域形成容置构件131，其实施为深度约0.5mm的环形凹槽。本实施例中将密封件129插入活塞底部12中的毂支架21区域，并以弹性预应力将该密封件固定在容置构件131中。再通过摩擦焊接将活塞顶部11与活塞底部12连接在一起。这个过程中所产生的摩擦焊疤26还对密封件129起轴向固定作用。

密封件129液密式固定在活塞底部12中，使得处于活塞头13下方的空腔28在所有侧面上封闭，从而防止曲柄箱中的润滑油或冷却通道27中的冷却油进入空腔28。这个在所有侧面上封闭的空腔28用于对活塞头13在活塞顶凹坑14所在区域的底面13′进行隔热，该底面在工作期间温度较高。内燃机工作时从曲柄箱流出的润滑油接触的是密封件129的底面129′，该底面的温度明显低于活塞头13的底面13′。由于温度较低，因而在这个过程中所产生的润滑油颗粒更大，这就明显提高了油雾分离器中的分离速率，油雾分离器也就无需采用复杂设计方案。这种低温可明显延迟润滑油的老化现象且防止形成油碳。

图5和图6为本发明活塞210的另一实施例，该活塞的结构与图1和图2所示活塞10几乎完全相同。为方便起见，这里沿用了在图1和图2的相关说明中所使用的参考符号。

与图1和图2所示活塞10及与图3和图4所示活塞110的主要区别在于，活塞210中的密封件229实施为双壁式密封体状独立部件。本实施例中的密封件229采用两分式实施方案，当然也可以采用一体式实施方案。在本实施例中，密封件229的两个部件均由弹簧钢片制成且通过焊接连接在一起，这两个部件朝活塞头13方向略微拱起，从而产生一定预应力。密封件229的这两个部件包围一用于提供进一步隔热的腔室232，该腔室在本实施例中充有空气。在本实施例中，密封件229同样被弹性预应力固定在活塞底部12中的毂支架21区域。为此，本实施例中在毂支架21区域设有容置构件231，其实施为深度约0.5mm的环形凹槽，用以容置并固定该密封件229。

在图5和图6所示实施例中，活塞210的活塞顶部11与活塞底部12借助摩擦焊接连接在一起。接合本发明的活塞210时，先以独立部件的形式制成活塞顶部11、活塞底部12及密封件229。本实施例中(例如)通过切削加工在活塞底部12的毂支架21区域形成容置构件231，其实施为深度约0.5mm的环形凹槽。本实施例中将密封件229插入活塞底部12中的毂支架21区域，并以弹性预应力将该密封件固定在容置构件231中。再通过摩擦焊接将活塞顶部11与活塞底部12连接在一起。这个过程中所产生的摩擦焊疤26还对密封件229起轴向固定作用。

密封件229液密式固定在活塞底部12中，使得处于活塞头13下方的空腔28在所有侧面上封闭，从而防止曲柄箱中的润滑油或冷却通道27中的冷却油进入空腔28。这个在所有侧面上封闭的空腔28用于对活塞头13在活塞顶凹坑14所在区域的底面13′进行隔热，该底面在工作期间温度较高。内燃机工作时从曲柄箱流出的润滑油接触的是密封件129的底面129′，该底面的温度明显低于活塞头13的底面13′。由于温度较低，因而在这个过程中所产生的润滑油颗粒更大，这就明显提高了油雾分离器中的分离速率，油雾分离器也就无需采用复杂设计方案。这种低温可明显延迟润滑油的老化现象且防止形成油碳。

Claims (14)

1.一种用于内燃机的活塞(10，110，210)，所述活塞具有活塞头(13)、环形活塞环部(16)、处于所述活塞环部(16)区域的环形冷却通道(27)、连接在所述活塞头(13)下方的毂支架(21)及连接所述毂支架的活塞毂(18)，以及活塞杆(17)，其特征在于，

在所述活塞头(13)下方设置在所有侧面上封闭的空腔(28)，所述空腔中设有朝所述活塞杆(17)布置的密封件(29，129，229)。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，

所述空腔(28)朝所述活塞杆(17)方向被与所述活塞(10)形成一体的密封件(29)限制。

3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，

所述密封件(29)实施为与所述活塞(10)的毂连接件(21)形成一体的密封壁。

4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，

所述空腔(28)朝所述活塞杆(17)方向被实施为独立部件的密封件(129，229)限制。

5.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，

所述密封件(129，229)实施为单壁或双壁式密封体。

6.根据权利要求5所述的活塞，其特征在于，

所述双壁式密封体(229)包围腔室(232)。

7.根据权利要求5所述的活塞，其特征在于，

所述双壁式密封体(229)采用一体式或两分式实施方案。

8.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，

所述密封件(129，229)实施为固定在所述活塞(110，210)的毂连接件(21)区域的密封体。

9.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，

所述密封件(129，229)被弹性预应力固定在所述活塞(110，210)中。

10.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，

所述密封件(129，229)实施为至少部分具有弹簧弹性的部件。

11.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，

所述密封件(129，229)固定在设置于所述活塞(110，210)中的容置构件(131，231)中。

12.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，

所述密封件(129，229)由弹簧钢片制成。

13.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，

所述活塞实施为一体式活塞。

14.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，

所述活塞实施为复合式活塞。