CN104246193A - 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，其具有一本体，该本体包括一具有上燃烧表面的上燃烧壁、带有邻近上燃烧表面的环带区域的圆柱形外壁、以及一与环带区域径向对齐的封闭环形冷却通道。该冷却通道中容纳有冷却介质。该冷却通道具有内表面，该内表面包括沿环带区域延伸的径向最外部分。该最外部分从上燃烧壁朝向中心纵轴收敛。在活塞的往复运动过程中，冷却介质流动并保持与冷却通道的壁接触，从而使得热量能够最大程度地从上燃烧壁传递至容纳的冷却介质，并从冷却介质传递至活塞本体、环带区域且最终传递至发动机冷却系统。

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。该活塞具有一沿中心纵轴延伸的本体。该本体包括一具有上燃烧表面的上燃烧壁、一带有邻近上燃烧表面的环带区域的圆柱形外壁、一对位于上燃烧壁下方并具有沿销孔轴对齐的销孔的销座、以及一与环带区域径向对齐的封闭环形冷却通道。该冷却通道中容纳有冷却介质。该冷却通道具有内表面，该内表面包括沿环带区域延伸的径向最外部分。该最外部分从上燃烧壁朝向中心纵轴收敛。因此，在活塞的下行冲程中，使得冷却介质流动至与上燃烧壁接触，从而使热量从上燃烧壁传递至冷却介质。

根据本发明的另一方面构造的用于内燃机的活塞包括一沿中心纵轴延伸的本体。该本体包括一具有上燃烧表面的上燃烧壁、一带有邻近上燃烧表面的环带区域的圆柱形外壁、一对位于上燃烧壁下方的销座、一从环带区域径向向内设置的封闭环形冷却通道、以及容纳在冷却通道中的冷却介质。该冷却通道具有用于界定冷却通道的内表面。该内表面包括一腹板，该腹板自上燃烧壁远离中心纵轴成圆锥形地发散至冷却通道的最下凹部。因此，在活塞的下行冲程中，使得冷却介质流动至与上燃烧壁接触，从而使热量从上燃烧壁传递至冷却介质。

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的大致沿垂直于活塞的销孔轴延伸的线剖开的剖视图；以及

图2是图1的活塞大致沿着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14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14在缸膛中往复运动。本体12具有一上燃烧壁16，该上燃烧壁16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18，并在相对的一侧上具有设置在部分上燃烧表面18轴向正下方的活塞顶内表面20。该活塞本体12还包括大致呈圆柱形的外壁21，该外壁具有从上燃烧表面18下垂并越过紧邻上燃烧表面18的环带区域22的圆柱形外表面23。该环带区域22包括一个或多个用于容纳相应的活塞环(未示出)的活塞环槽24。进一步地，活塞本体12形成为具有封闭的冷却通道26，在该冷却通道中设有冷却介质28。冷却通道26径向向内设置并与环带区域22基本径向对齐。根据本发明设置的冷却通道26具有不中断的、连续的环形内表面30，以促进热量从上燃烧壁16传递至活塞本体12的其它部分，并最终有利于热量从活塞本体12传递至汽缸衬垫和发动机缸体。因此，在上燃烧壁16中产生的热量朝向外表面23传递，并最终传递至汽缸衬垫和发动机缸体，从而有助于降低上燃烧壁16的工作温度，进而延长活塞10的使用寿命。

冷却介质28可以整体提供为金属冷却剂，其在活塞10的工作温度下为液体。考虑到期望的传热性能，可以采用任何合适的轻量级金属材料。进一步地，冷却介质28可以提供为混合有粉末金属(例如铜或铝)的液体金属。特别是当需要改变冷却介质28的热容量时，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20下垂的销座32，以提供一对横向间隔开的销孔34，该对销孔34沿大致垂直于中心纵轴14的销孔轴36同轴对齐。该对销座32连接至一对横向间隔开的裙部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，并且具有凸状的外表面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，便于使活塞10保持在期望的方向上。

上燃烧表面16示出为具有一凹入其中的燃烧碗42，以在缸膛内提供期望的气流。由于燃烧碗42凹入上燃烧表面16，因而如轴向剖视图所示，燃烧壁16整体具有相对较薄的厚度(t)。特别地，燃烧壁16包括第一区域44、第二区域46以及第三区域48，其中，由于凹入的燃烧碗42，使得第二和第三区域46、48较薄。

冷却通道26用于使冷却介质28的冷却效果达到最优。特别地，冷却通道26可以被视为由内表面30的四个不同部分界定，其包括：内表面30的最上第一部分50，其在燃烧壁16的第一区域44下方延伸；内表面30的内部第二部分52，其沿燃烧壁16的第二区域46延伸；内表面30的内部第三部分54，其沿一腹板55延伸，该腹板55自燃烧壁16远离中心纵轴14发散至冷却通道26的最下凹部57，且大致延伸至外壁21；以及外部第四部分56，其大致沿外壁21的环带区域22延伸。根据本发明，第二、第三和第四部分52、54、56相对于纵轴14和销孔轴36倾斜成角度，从而当活塞10在缸膛内往复上、下冲程时，在冷却通道26内提供冷却介质28的期望流体流动。

内表面30的第二部分52为径向的上内部分，其沿燃烧碗42的一凹部延伸，该凹部大致沿轴58延伸，该轴58从上燃烧壁16的第一部分50朝向中心纵轴14成圆锥形地收敛。其相对于纵轴14的收敛角度可以根据需要选择，例如在15-75度之间，并优选在30-60度之间。当活塞10在下冲程中在缸膛内向下运动时，第二部分52的具有角度的斜坡(angular slope)使得冷却介质28被引导至径向向外朝向外壁21，从而使热量远离上燃烧壁16传递至外壁21，因此，该热量能够容易地传递至汽缸衬垫和发动机缸体。

内表面30的第三部分54为径向的下内部分，其沿轴60延伸，该轴60从上燃烧壁16远离中心纵轴14朝向外壁21成圆锥形地发散。其相对于纵轴14的发散角度可以根据需要选择，例如在15-75度之间，并优选在30-60度之间。当活塞10在下冲程中在缸膛内向下运动时，第三部分54的具有角度的斜坡使得冷却介质28被引导至径向向外朝向外壁21，从而使热量远离上燃烧壁16传递至外壁21，因此，该热量能够容易地传递至汽缸衬垫和发动机缸体。

内表面30的第四部分56为径向最外部分，其大致沿轴62延伸，该轴62从上燃烧壁16朝向中心纵轴14成圆锥形地收敛。轴62相对于纵轴14的收敛角度可以根据需要选择，例如在1-30度之间，并优选在10-20度之间。当活塞10在上冲程中在缸膛内向上运动时，第四部分56的具有角度的斜坡使得冷却介质28被引导至径向向内，从而使燃烧壁16和第四部分52吸收的热量被有效地传递至环带区域22。由此，完成了热传递回路，这使得热量有效地从燃烧壁16向下和向外传递，并最终传递至汽缸衬垫和发动机缸体。

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 (17)

1.一种用于内燃机的活塞，其特征在于，包括：

一沿中心纵轴延伸的本体，所述本体包括一具有上燃烧表面的上燃烧壁、一带有邻近所述上燃烧表面的环带区域的圆柱形外壁、一对位于所述上燃烧壁下方的销座；

一封闭的环形冷却通道，其从所述环带区域径向向内设置；所述冷却通道中容纳有冷却介质；以及

所述冷却通道具有一界定所述冷却通道的内表面，所述内表面包括沿一轴延伸的径向最外部分，该轴从所述上燃烧壁朝向所述中心纵轴收敛。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述径向最外部分沿所述环带区域延伸。

3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述径向最外部分沿其延伸的所述轴相对于所述中心纵轴倾斜1-30度。

4.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述径向最外部分沿其延伸的所述轴相对于所述中心纵轴倾斜10-20度。

5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，该活塞进一步包括一凹入所述上燃烧壁的燃烧碗。

6.根据权利要求5所述的活塞，其特征在于，所述内表面包括一沿部分所述燃烧碗延伸的上内部分，该部分所述燃烧碗沿一自所述上燃烧壁朝向所述中心纵轴收敛的轴延伸。

7.根据权利要求6所述的活塞，其特征在于，所述内表面包括一下内部分，其自所述上燃烧壁远离所述中心纵轴发散。

8.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，该活塞进一步包括一腹板，该腹板自所述上燃烧壁远离所述中心纵轴发散，所述腹板提供部分所述内表面。

9.根据权利要求8所述的活塞，其特征在于，该活塞进一步包括一凹入所述上燃烧壁的燃烧碗。

10.根据权利要求8所述的活塞，其特征在于，所述腹板自所述上燃烧壁远离所述中心纵轴成圆锥形地发散。

11.一种用于内燃机的活塞，其特征在于，包括：

一沿中心纵轴延伸的本体，所述本体包括一具有上燃烧表面的上燃烧壁、一带有邻近所述上燃烧表面的环带区域的圆柱形外壁、一对位于所述上燃烧壁下方的销座；

一封闭的环形冷却通道，其从所述环带区域径向向内设置；所述冷却通道中容纳有冷却介质；以及

所述冷却通道具有一界定所述冷却通道的内表面，所述内表面包括一腹板，该腹板自所述上燃烧壁远离所述中心纵轴成圆锥形地发散至所述冷却通道的最下凹部。

12.根据权利要求11所述的活塞，其特征在于，所述内表面包括沿一轴延伸的径向最外部分，该轴从所述上燃烧壁朝向所述中心纵轴收敛。

13.根据权利要求12所述的活塞，其特征在于，所述径向最外部分沿所述环带区域延伸。

14.根据权利要求13所述的活塞，其特征在于，所述径向最外部分沿其延伸的所述轴相对于所述中心纵轴倾斜1-30度。

15.根据权利要求11所述的活塞，其特征在于，该活塞进一步包括一凹入所述上燃烧壁的燃烧碗。

16.根据权利要求15所述的活塞，其特征在于，所述内表面包括一沿部分所述燃烧碗延伸的上内部分，该部分所述燃烧碗沿一自所述上燃烧壁朝向所述中心纵轴收敛的轴延伸。

17.根据权利要求16所述的活塞，其特征在于，所述内表面包括一下内部分，其自所述上燃烧壁远离所述中心纵轴发散。