CN104061086A

CN104061086A - 内燃机用活塞

Info

Publication number: CN104061086A
Application number: CN201410087560.5A
Authority: CN
Inventors: 宍户圭太郎
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: JP2014185538A; DE102014204089A1; US20140283767A1; CN104061086B; US9175593B2; JP6050709B2

Abstract

本发明提供一种能够提高冷却槽的冷却性能的内燃机用活塞。在形成于活塞（1）的上端的冠部（3）的外周侧，具有沿周向形成的厚壁部（3a），该厚壁部（3a）的内部形成有用于冷却活塞的大致圆环状的冷却槽（8）。该冷却槽（8）的纵截面形成为上下方向长的椭圆形，具备自侧面方向相对的一对内侧面（8a）和外侧面（8b）、自所述活塞（1）的轴向相对的一对圆弧面状的上端面（8c）和下端面（8d）。而且，在该上端面（8c）的两侧和下端面（8d）的两侧，形成有在上下方向相对的凹部（8e、8f）。所述各凹部（8e、8f）分别形成曲面状，并且，在圆周方向上大致等间隔位置形成有多个，且以径向相对的方式形成有多个。

Description

内燃机用活塞

技术领域

本发明涉及内燃机使用的活塞。

背景技术

现有的内燃机用活塞的结构包括：圆筒状裙部、在该裙部的上端一体具有的冠部、以与上述裙部的内周面相对的方式一体设置并且各自的内部具有支承活塞销的两端部的销孔的大致圆筒状的销毂部；上述冠部具有沿周向形成于外周侧的厚壁部，在该厚壁部的内部，形成有用于使润滑油等冷却介质流动来冷却该冠部的大致圆环状的冷却通路，即冷却槽。另外，在上述厚壁部的下端穿设有向上述冷却槽内开口的导入孔和排出孔。

上述冷却槽从上述导入孔导入从缸体的设置于上述活塞的下死点附近的喷油嘴喷出的润滑油并使其在内部流动，然后经由上述排出孔排出。由此，通过使润滑油在上述冷却槽内流动而从活塞吸热，从而对其进行冷却。

另外，由于上述活塞的上下运动，冷却槽内的润滑油在活塞的上下方向的加速度切换时发生干涉而在内周飞散。由此，润滑油与上述冷却槽的整个内周接触，从而提高自活塞吸热的吸热效率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：（日本）特开2009-221900号公报

但是，对于所述专利文献1中记载的活塞，难以基于所述活塞的上下运动而使冷却槽内的润滑油在活塞的上下方向的加速度切换时发生干涉，从而沿内周面流动，因此，润滑油的流速下降，最后可能导致冷却性能降低。

发明内容

本发明是鉴于上述现有活塞的实际情况而提出的，目的在于提供一种活塞，其通过在冷却槽的内周面设置多个球面状的凹部，可以实现冷却性能的提高。

第一技术方案提供一种内燃机用活塞，其特征在于，具有划分燃烧室的冠部和形成于所述冠部内、使冷却用油在内部流动的冷却槽，在所述冷却槽的轴向的至少一侧设有多个曲面状的凹部。

根据本发明，通过在冷却槽的内周面设置多个曲面状的凹部，能够提高所述冷却槽对活塞的冷却性能。

附图说明

图1是本发明的内燃机用活塞的第一实施方式的纵剖面图；

图2是本实施方式所提供的活塞的纵剖面图；

图3是图2的A向视图；

图4是图2的B向视图；

图5是图1的主要部分剖面图；

图6是本实施方式所提供的可溶性型芯的立体图；

图7a是表示冷却槽内的润滑油的流动的展开图；

图7b是表示冷却槽内的润滑油的流动的展开图；

图7c是表示冷却槽内的润滑油的流动的展开图；

图8a是表示冷却槽内的润滑油的流动的展开图；

图8b是表示冷却槽内的润滑油的流动的展开图；

图8c是表示冷却槽内的润滑油的流动的展开图；

图9是表示本发明的活塞的第二实施方式的冷却槽的下面展开图；

图10是表示本发明的活塞的第三实施方式的冷却槽的侧面展开图；

图11是表示本发明的活塞的第四实施方式的冷却槽的下面展开图；

图12是表示本发明的活塞的第五实施方式的冷却槽的下面展开图；

图13是表示本发明的活塞的第六实施方式的冷却槽的下面展开图。

附号说明

1：活塞

3：冠部

3a：厚壁部

7：气门凹室

8：冷却槽

8a：内侧面

8b：外侧面

8c：上端面

8d：下端面

8e、8f：凹部

9：导入孔

10：排出孔

11：喷油嘴

14：可溶性型芯

O：润滑油

具体实施方式

下面，基于附图详述本发明的内燃机用活塞的实施方式。另外，本实施方式所提供的活塞是适用于往复式汽油发动机的活塞。

〔第一实施方式〕

该活塞1由铝合金材料铸造而成，其结构如图1所示，包括：圆筒状裙部2、在该裙部2的上端一体具有的冠部3和一体设置于上述裙部2的侧面的两个大致圆筒状的销毂部4，在销毂部4的各自的内部具有支承未图示的活塞销的两端部的销孔4a。该活塞1轴向滑动自由地设置于压入或嵌入发动机的气缸体5的气缸5a内周的筒状的汽缸套5b内。另外，在上述气缸体5的内部沿着气缸5a形成有冷却水流动的水套15。

如图1～图3所示，上述冠部3的外侧具有沿着周向形成的厚壁部3a，在该厚壁部3a的外周面，以规定的轴向间隔切口形成有分别嵌装上下三个活塞环6a～6c的三个环状槽3b～3d。而且，在上述厚壁部3a的内部，形成有使润滑油O流动来冷却活塞1的大致圆环状的冷却通路，即冷却槽8。

另外，在上述冠部3，如图4及图5所示，在上面的冠面3e上形成有四个半圆弧状的凹坑，即气门凹室（バルブリセス）7。上述各气门凹室7作为上述冠面3e与气门机构的一部分即进气门12、排气门13的干涉对策而设置，设定为与进气门和排气门12、13不发生干涉的深度。由此，抑制了上述进气门和排气门12、13与上述冠面3e干涉而发生损伤的情况。另外，上述气门凹室7与上述冷却槽8的距离设定为能够充分确保上述厚壁部3a的强度的距离。

另外，关于气门凹室7的个数，也可以在进气侧或排气侧的单侧设置两个。

另外，在上述厚壁部3a的内侧面，如图1和图3所示，穿设有分别向上述冷却槽8内开口的导入孔9和排出孔10，在上述气缸5a的排气侧的下端设有朝向导入孔9喷出润滑油O的喷油嘴11。从上述喷油嘴11喷出的润滑油O经由上述导入孔9导入冷却槽8内并在其内部流动，从上述排出孔10向下方排出，构成润滑油O的单向流动。另外，从上述冷却槽8内经由上述排出孔10排出的润滑油O回流到内燃机内。另外，在上述气缸5a的下端形成有使润滑油O向上述喷油嘴11流动的油道11a。

上述冷却槽8如图1、图2及图5所示，纵截面形成为上下方向长的椭圆形，具备自侧面方向相对的一对内侧面8a和外侧面8b、自上述活塞1的轴向相对的一对圆弧面状的上端面8c和下端面8d。

而且，在该上端面8c的两侧和下端面8d的两侧，形成有在上下方向上相对的凹部8e、8f。上述各凹部8e、8f分别形成为曲面状即半球面状，并且，在圆周方向上大致等间隔位置形成有多个，且以径向相对的方式形成有多个。另外，上述各凹部8e、8f的高度设定为与上述冷却槽8的总高相等。另外，上述各凹部8e、8f的高度也可以设定为低于上述冷却槽8的总高。

上述冷却槽8在铸造上述活塞1时使用大致圆环状的可溶性型芯14来成型。如图6所示，该可溶性型芯14具有侧面方向相对的一对内周侧侧面14a和外周侧侧面14b、上下面方向上相对的一对上端侧圆弧部14c和下端侧圆弧部14d，在该上端侧圆弧部14a的两侧和下端侧圆弧部14b的两侧，在圆周方向的等间隔位置形成有多个用于形成上述各凹部8e、8f的半球面状的凸部14e、14f。该可溶性型芯14使用未图示的成型模具将NaCl（氯化钠）材料通过压缩式压力机压固来成型。

而且，在铸造时，预先将上述可溶型芯14载置于用于形成上述活塞1的内侧形状的、未图示的金属制型芯的上部，将两型芯的结构体容纳配置于未图示的铸模内。接着，通过向铸模内浇注熔融铝合金材料，铸造上述活塞1。

然后，将上述活塞1从铸模内取出，从未图示的型芯溶解用夹具的喷嘴向上述导入孔9内喷水，上述可溶性型芯14被溶解，将该溶解后的NaC1材料从上述排出孔10向外部排出。由此，在上述厚壁部3a的内部形成与上述可溶性型芯14相同形状的圆环状的冷却槽8。

〔第一实施方式的作用效果〕

根据该实施方式，在内燃机运转时，对各滑动部进行润滑的润滑油O的一部分从上述喷油嘴11朝向上述冷却槽8喷出。被喷出的润滑油O从导入孔9被导入冷却槽8内，一边在该冷却槽8内流动，一边从排出孔10向外部排出，但在该冷却槽8内流动期间吸收上述活塞1的热，对其进行冷却。

另外，在上述冷却槽8内流动的润滑油O在活塞1的上下方向加速度由于活塞1的上下运动而切换时，例如，向上的加速度切换为向下的加速度时，下端面8d侧的润滑油O与上端面8c侧发生干涉，另一方面，向下的加速度切换为向上的加速度时，上端面8c侧的润滑油O与下端面8d侧发生干涉。由此，润滑油O与上述冷却槽8的内壁接触，吸收上述活塞1的热，对其进行冷却。

特别是，在本实施方式中，在上述冷却槽8的上述上端面8c的两侧和下端面8d的两侧，以上下相对的方式形成有多个半球面状的各凹部8e、8f，如图7a～图7c所示，对上述活塞1施加向上的加速度时，润滑油O在下端面8d侧从上述导入孔9向上述排出孔10流动，上述活塞1从向上的加速度切换为向下的加速度时，在下端面8d侧流动的润滑油O向上端面8c侧飞散而发生干涉，该发生干涉的润滑油O的一部分沿着各凹部8e的球面回旋流动。另一方面，如图8a～图8c所示，对上述活塞1施加向下的加速度时，润滑油O在上端面8c侧从上述导入孔9向上述排出孔10流动，上述活塞1从向下的加速度切换为向上的加速度时，在上端面8c侧流动的润滑油O由于干涉而向下端面8d侧飞散，发生干涉，该发生飞散干涉的润滑油O的一部分沿着各凹部8f的球面回旋流动。这样，由于润滑油O沿着上述各凹部8e、8f进行回旋流动，润滑油O的流速提高，从冠部向润滑油O的热交换效率提高，上述冷却槽8对上述活塞1的冷却性能提高。

另外，如上述图7c所示，在上述上端面8c侧发生飞散干涉的润滑油O的一部分，沿着各凹部8e的球面向多方向进行回旋流动，如图8c所示，在上述下端面8d侧发生飞散干涉的润滑油O的一部分沿着各凹部8f的球面向多方向进行回旋流动，通过沿着上述凹部8e、8f向多方向进行回旋流动，与上述冷却槽8的内周面接触的面积增大。因此，自上述活塞1的吸热效果增大。由此，上述冷却槽8对上述活塞1的冷却性能进一步提高。

另外，由于上述各凹部8e、8f设置于上述冷却槽8的上端面8c和下端面8d的两侧，因此在活塞1的上下运动这两种情况下发生润滑油O在凹部8e、8f内的回旋流动，能够进一步提高冷却性能。

另外，由于上述各凹部8e、8f沿上述冷却槽8的径向和周向设有多个，因此能够增大润滑油O沿着凹部8e、8f的球面回旋流动的部分。由此，润滑油O的流速提高，热交换效率提高，从而实现了冷却性能的提高。

另外，如上所述，由于上述凹部8e、8f形成于上述冷却槽8的倾斜位置上，因此，能够减小上述凹部8e、8f的高度，能够设定为与上述冷却槽8的总高等高。由此，能够提高用于形成上述冷却槽8的布局性。

另外，如上所述，使用氯化钠用于上述可溶性型芯14的成型，由此能够用水将可溶性型芯14溶解，所以使铸造作业变得容易。

另外，使用氯化钠通过压缩式压力机成型上述可溶性型芯14，由此能够实现作业性的容易化。

〔第二实施方式〕

图9表示第二实施方式，是使上下形成于上述冷却槽8的各凹部8e、8f的形成位置的相位在周向上变化后的图。

即，上述上侧的各凹部8e其形成位置的相位在上述内侧面8a侧和外侧面8b侧被改变，另外，下侧的各凹部8f的形成位置的相位在上述内侧面8a侧和外侧面8b侧也被改变。

因此，根据该实施方式，由于在上述内侧面8a侧和外侧面8b侧改变了在上述冷却槽8的内周形成的多个各凹部8e、8f的相位，因此，能够得到与第一实施方式相同的作用效果，并且，上述各凹部8e和8f的周向相位偏离，因此，从上述各8e飞散的润滑油O与以规定角度相对的上述各凹部8f的内面发生干涉而沿着内周面进行回旋流动，因此，与第一实施方式相比，流速提高，能够进一步提高对上述冠部3的热交换效率。由此，与第一实施方式相比，提高了上述冷却槽8对上述活塞1的冷却性能。

另外，其他结构与第一实施方式相同，因此能够获得与第一实施方式同样的的效果。

〔第三实施方式〕

图10表示第三实施方式，是改变了形成于上述冷却槽8的各凹部8e、8f的形成位置的相位的图。即，形成有上述各凹部8e的上述上端面8c侧与形成有上述各凹部8f的下端面8d侧向周向彼此偏离。

因此，根据该实施方式，润滑油O在上述冷却槽8的内周单向流动，因此使形成于上述冷却槽8的内周的多个上述各凹部8e、8f的相位在上端面8c侧和下端面8b侧偏离，所以从上述各凹部8e飞散的润滑油O与以规定角度相对的上述各凹部8f的内面发生干涉而沿着其内周面进行回旋流动。因此，与第一实施方式相比，流速提高，能够进一步提高对上述冠部3的热交换效率。由此，与第一实施方式相比，提高了上述冷却槽8对上述活塞1的冷却性能。

另外，其他结构与第一实施方式相同，因此能够获得与第一实施方式同样的效果。

〔第四实施方式〕

图11表示第四实施方式，是改变了上下形成于上述冷却槽8的各凹部8e、8f的形状的图。即，上述各凹部8e、8f形成为朝向上述冷却槽8的圆周方向延伸的椭圆状。

〔第五实施方式〕

图12表示第五实施方式，是改变了形成于上述冷却槽8的各凹部8e、8f的形状的图。即，上述各凹部8e、8f朝向上述冷却槽8的圆周方向形成为长的长孔形状。

〔第六实施方式〕

图13表示第六实施方式，是改变了形成于上述冷却槽8的各凹部8e、8f的形状的图。即，上述各凹部8e、8f朝向上述冷却槽8的圆周方向形成为流线形状。

另外，也可以使形成为流线形状的上述凹部8e、8f左右翻转。

本发明不限于上述各实施方式的结构，还可以在不脱离发明主旨的范围内对结构进行改变。

下面，说明从上述实施方式所掌握的权利要求以外的发明的技术思想。

〔技术方案a〕如第一技术方案所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述凹部设置于上述冷却槽的上端面、下端面的两侧。

根据该发明，能够在活塞的上下运动的上升、下降这两种情况下都利用凹部引起的回旋流动来提高冷却性能。

〔技术方案b〕如第一技术方案所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述凹部沿上述冷却槽的径向设有多个。

根据该发明，通过沿径向设置多个凹部，可以增加润滑油沿着凹部的球面进行回旋流动的部分。由此，润滑油的流速提高，能够提高热交换效率，实现冷却性能的提高。

〔技术方案c〕如第一技术方案所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述凹部设置于上述冷却槽内周的倾斜面。

根据该发明，通过在倾斜面上设置凹部，能够抑制冷却槽的总高增高的情况，因此能够提高用于在上述冠部的内部形成冷却槽的布局性。

〔技术方案d〕如技术方案b所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述凹部朝上述冷却槽的圆周方向大致等间隔设置。

根据该发明，通过沿圆周方向设置多个凹部，可以增加润滑油回旋流动的部分，因此能够实现冷却效率的提高。

〔技术方案e〕如第一技术方案所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述冷却槽的环状在中途被切断。

〔技术方案f〕如第一技术方案所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述冷却槽的横截面为在活塞的上下方向具有长轴的椭圆形。

〔技术方案g〕如第一技术方案所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述冷却槽的横截面为倒圆角的长方形。

〔技术方案h〕如第一技术方案所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述活塞由铝合金材料铸造。

〔技术方案i〕如技术方案h所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述冷却槽通过在铸造用模具内设置可溶性型芯而铸造上述活塞之后，将上述可溶性型芯溶解而形成。

〔技术方案j〕如技术方案i所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述可溶性型芯以氯化钠为主要成分。

根据该发明，能够在铸造好上述活塞后，使用型芯溶解用夹具向形成于上述冷却槽的导入孔和排出孔喷射水，将可溶性型芯溶解，能够实现作业性的容易化。

〔技术方案k〕如技术方案j所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述可溶性型芯通过压缩式压力机成型。

根据该发明，使用氯化钠通过压缩式压力机成型上述可溶性型芯，从而能够实现作业性的容易化。

〔技术方案l〕如技术方案a所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述凹部以在上述冷却槽的上下方向上相对的方式设置。

〔技术方案m〕如技术方案l所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述凹部设置于上述冷却槽的活塞上端面侧和下端面侧。

〔技术方案n〕如权利要求m所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述凹部为截面的角被倒圆的长方体形状。

〔技术方案o〕如技术方案m所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述凹部的截面为椭圆形。

〔技术方案p〕如技术方案o所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述凹部的长轴以沿着圆周方向的方式设置。

Claims

1.一种内燃机用活塞，其特征在于，

具有划分燃烧室的冠部和形成于该冠部内、使冷却用油在内部流动的冷却槽，

在所述冷却槽的所述活塞轴向的至少一侧，设有多个曲面状的凹部。

2.如权利要求1所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述凹部设置于所述冷却槽的上端面的两侧及下端面的两侧。

3.如权利要求2所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述凹部以在所述冷却槽的上下方向上相对的方式设置。

4.如权利要求3所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述凹部设置于所述冷却槽的活塞上端面侧和下端面侧。

5.如权利要求1所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述凹部沿所述冷却槽的径向设有多个。

6.如权利要求5所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述凹部朝向所述冷却槽的圆周方向大致以等间隔设置。

7.如权利要求1所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述凹部设置于所述冷却槽内周的倾斜面上。

8.如权利要求1所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述活塞由铝合金材料铸造。

9.如权利要求8所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述冷却槽通过在铸造用模具内设置可溶性型芯铸造所述活塞后，将所述可溶性型芯溶解而形成。

10.如权利要求9所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述可溶性型芯以氯化钠为主要成分。