CN104204487B - 带有增强冷却通道的活塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于内燃机的活塞。该活塞包括一具有圆柱形外表面的本体，该圆柱形外表面设有一环带区域，该环带区域包括延伸进入外表面的一环形的最上环槽以及一下环槽。一顶岸从最上环槽延伸至一上燃烧表面。该本体具有一对销座，该对销座具有沿销孔轴相互对齐的销孔。第一活塞环设置在最上环槽中，且第二活塞环设置在下环槽中。该本体具有一在其中设有冷却介质的环形密封冷却通道。该密封冷却通道在第一和第二活塞环之间基本径向对齐，以为环带区域、顶岸和上燃烧表面提供最优的冷却效果。

Description

带有增强冷却通道的活塞

技术领域

本发明主要涉及内燃机，尤其涉及用于内燃机的活塞。

背景技术

发动机制造商正面临着对于提高发动机效率和性能的需求的日益增长，该需求包括但不限制于，提高耗热率、改进燃料燃烧、减少油耗量、提高排气温度以用于汽车内热量的后续使用、增大缸膛内的压缩载荷、减小重量并使得发动机更为紧凑。相应地，这需要提高发动机的燃烧室中的温度和压缩载荷。然而，通过提高燃烧室中的温度和压缩载荷，将提高对活塞的耐磨和物理要求，从而减小了其可能的使用寿命。特别需要关注的区域是：活塞的上燃烧表面区域和活塞环区域内有余热积聚的区域以及会相应磨损的区域。

根据本发明构造的活塞能够更好地经受在现代高性能发动机中产生的余热，当阅读此处公开的内容并观察附图之后，该特点对本领域的技术人员而言变得明显。

发明内容

本发明提供一种用于内燃机的活塞。该活塞包括一具有圆柱形外表面的本体，该圆柱形外表面设有延伸进入该外表面的一环形的最上环槽和一下环槽。一顶岸从最上环槽延伸至一上燃烧表面。该本体具有一对销座，该对销座具有沿销孔轴相互对齐的销孔。第一活塞环设置在最上环槽中，且第二活塞环设置在下环槽中。该本体具有一在其中设有冷却介质的环形的密封冷却通道。该密封冷却通道在第一和第二活塞环之间基本径向对齐。由此，密封冷却通道可以使在其中容纳的冷却介质对上燃烧表面和环带区域产生的最佳的冷却效果。因此，能够提高活塞的使用寿命。

附图说明

结合下文给出的优选实施例和最佳方式的详细描述、所附权利要求和附图进行考虑，本发明的上述及其它的方面、特征和优点将会更加容易理解，其中：

图1是根据本发明一个方面构造的活塞大致垂直于销孔轴剖开的剖视图；

图2是图1的活塞大致沿着销孔轴剖开的剖视图；以及

图3是根据本发明另一个方面构造的活塞大致垂直于销孔轴剖开的剖视图。

具体实施方式

更详细的参阅附图，图1和2示出了根据本发明一个目前优选方面构造的活塞10的剖视图，该活塞10用于在内燃机(例如现代的、紧凑的、高性能的汽车发动机)的缸膛中往复运动。活塞10具有一沿中心纵轴13延伸的本体12，通过示例而非限制，该本体12例如是由坯锭材料形成的单一整体件，或者由铸造材料或锻造材料制成，活塞10沿中心纵轴13在缸膛中往复运动。本体12具有一上燃烧壁14，该上燃烧壁14在一侧上具有用于直接曝露于缸膛内的燃烧气体中的上燃烧表面16，并在相对的一侧上具有设置在部分上燃烧表面16轴向下方的活塞顶内表面18。该活塞本体12还包括大致呈圆柱形的外壁20，该外壁具有从上燃烧表面16下垂并越过紧邻上燃烧表面16的环带区域22的圆柱形外表面21。该环带区域22包括一最上环槽23和一下环槽(示出为最下环槽24)。环槽23、24分别用于在其中容纳第一和第二活塞环26、27。进一步地，活塞本体12形成为具有封闭的冷却通道28，在该冷却通道中设置并容纳有冷却介质30。冷却通道28径向向内设置并与环带区域22基本径向对齐。冷却通道28根据本发明设置，以促进热量从上燃烧表面16和环带区域22传递至汽缸衬垫和发动机缸体。因此，在上燃烧壁14和环带区域22中产生的热量最终传递至汽缸衬垫和发动机缸体，从而有助于降低活塞10的工作温度，进而提高活塞10的使用寿命。

冷却介质30可以整体提供为金属冷却剂，该金属冷却剂在活塞10的工作温度下为液体。考虑到期望的传热性能，可以使用任何合适的轻量级金属材料。进一步地，冷却介质30可以提供为混合有粉末金属(例如铜或铝)的液体金属。特别是当需要提高冷却介质30的热传递性能时，可以添加金属粉末。又进一步地，可以使用传热液体，例如通常用于工业热交换的液体。

最佳如图2所示，活塞本体12具有一对从活塞顶内表面18下垂的销座32，以提供一对横向隔开的销孔34，该对销孔34沿大致垂直于中心纵轴13的销孔轴36同轴对齐。该对销座32连接至一对横向隔开的裙部38，该对裙部38在直径上彼此间隔开并横跨销孔轴36的相对两侧，并且具有凸状外表面40，该外表面呈波浪状以用于在缸膛中滑动运动，从而当活塞10在缸膛中往复运动时，有助于使活塞10保持在期望的方向上。

上燃烧表面16表示为具有一凹入的燃烧碗42，该燃烧碗42从上燃烧表面16的平面最上部分下垂至一围绕凸起的中心顶点45延伸的最下环形凹部43，以在缸膛中提供期望的气流。至少部分由于燃烧碗42，使得活塞本体材料的相对较薄的区域形成在燃烧碗42、冷却通道28和活塞顶内表面18之间。

通过示例而非限制，外壁20示出为从上燃烧表面16向下延伸，该上燃烧表面16具有自环带区域22的最大直径D2减小的直径D1，该环带区域22从顶岸区域44下垂。这样，形成了一环形的间隙或空间46，以用于容纳位于外表面21和汽缸衬垫之间的大致呈L形的第一活塞环26的第一部分48。该直径D1的大小设置为使得活塞环26的第一部分48可以自由地在顶岸区域44和汽缸衬垫之间浮动，从而能够自动找到其期望的滑动方向。为了进一步容纳并定位第一活塞环26，环形的环槽23径向向内延伸进入顶岸区域44的直径减小的外壁20，其中环槽23的大小设置为用于容纳大致呈L形的第一活塞环26的横向延伸的第二部分50。环槽23的大小设置为使得第一活塞环26的第二部分50可以在其中自由浮动，从而进一步使活塞环26在活塞10的往复运动过程中自动找到其期望的滑动方向。

由于第一活塞环26大致呈L形，第一部分48构成L形结构的直立或竖直延伸的腿部，且第二部分58构成L形结构的横向或水平延伸的腿部。如上文所讨论的，第一部分48容置在环形空间46中，第二部分容置在环槽23中。

第二活塞环27相对于第一活塞环26向下轴向隔开，并表示为刮油环，以利于从衬垫上将油刮回曲轴箱。外壁21在第一和第二活塞环26、27之间连续的且不间断地延伸，因而最上环槽23和下环槽(示为最下环槽24)之间未设置任何环槽。因此，活塞10仅具有两个环槽23、24以及相应的活塞环26、27。应该理解，此处讨论的概念还包含传统的三环活塞结构，两环是优选的实施例。

冷却通道28在环槽23、24之间延伸，从而有助于冷却整个环带区域22以及燃烧碗42的部分凹部区域43和上燃烧表面16的最上平面区域。特别地，冷却通道28向上延伸至表面52的最上顶点并向下延伸至表面54的最下凹部。最上表面52示出为与最上环槽23的最下平面55对齐，且最下表面54示出为与下环槽24的最上平面56径向对齐。

图3示出了根据本发明一个目前优选方面构造的活塞110的剖视图，其中，与上文中相差因子100的相同附图标记用于标示与上述特征相似的特征。如上所述，活塞110具有一本体112、一具有上燃烧表面116和活塞顶内表面118的上燃烧壁114。该活塞本体112还包括大致呈圆柱形的外壁120，该外壁120具有从上燃烧表面116下垂并越过环带区域122的圆柱形外表面121。该环带区域122包括一最上环槽123和一下环槽(示出为最下环槽124)。各环槽123、124分别用于在其中容纳第一和第二活塞环126、127。进一步地，活塞本体112具有封闭的冷却通道128，并且在该冷却通道128中设置并容纳有冷却介质130。冷却通道128径向向内设置并与环带区域122基本径向对齐。

最上环槽123的结构如上所述，然而，最下环槽123轴向向上移动，从而在环槽123、124之间形成活塞本体材料的相对较薄的环形凸缘60，该凸缘60的厚度近似于第二活塞环127的厚度。因此，与环带区域22相比，环带区域122的轴向长度减小。

与活塞10进一步对比，燃烧碗142具有完全凹入的表面，因而不具有中心顶点。又进一步地，与第一个实施例一致，冷却通道128向上延伸至最上顶点或表面152，并向下延伸至最下表面154，其中，最上表面152示出为与最上环槽123的最下平面155径向对齐。然而，与第一个实施例相比，最下表面154示出为在下环槽124的最下平面62的下方延伸。因此，冷却通道128延伸跨过最下活塞环槽124的整个轴向宽度。

显然，考虑到上述目前有选实施例的详细说明，根据上述教导，本发明的各种修改和变化都是可能的。因此，应该理解，在所附权利要求范围内，本发明也可通过除了具体描述以外的方式实现。

Claims (5)

1.一种用于内燃机的活塞，其特征在于，包括：

一带有圆柱形外表面的本体，该圆柱形外表面设有延伸进入所述外表面的一环形的最上环槽以及一最下环槽，该圆柱形外表面在所述最上环槽和最下环槽之间不具有任何环槽，且一顶岸从所述最上环槽延伸至一上燃烧表面，所述本体具有一对销座，该对销座具有沿一销孔轴相互对齐的销孔；

设置在所述最上环槽中的第一活塞环；

设置在所述最下环槽中的第二活塞环；以及

所述本体具有一在其中设有冷却介质的环形的密封冷却通道，所述密封冷却通道在所述第一活塞环和第二活塞环之间延伸，所述冷却介质为金属冷却剂。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述顶岸从所述外表面径向向内凹入。

3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述第一活塞环大致呈L形，其具有用于容置在所述最上环槽中的第一部分以及用于自所述最上环槽沿所述顶岸向上延伸的第二部分。

4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述密封冷却通道具有一最上表面和一最下表面，所述最上表面与所述最上环槽基本径向对齐，且所述最下表面与所述最下环槽基本径向对齐。

5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述密封冷却通道具有一最上表面和一最下表面，所述最上表面与所述最上环槽基本径向对齐，且所述最下表面在所述最下环槽的下方延伸。