CN104508286B

CN104508286B - 活塞

Info

Publication number: CN104508286B
Application number: CN201380039995.6A
Authority: CN
Inventors: 米夏埃尔·乌尔里希
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: US20150167584A1; CN104508286A; US9689343B2; DE102012213558A1; WO2014020066A1

Abstract

本发明涉及内燃机(15)的活塞(1)，具有用于在所述内燃机(15)的操作期间冷却所述活塞(1)的沿至少周向局部的冷却导管(2)，其中，所述冷却导管(2)由冷却导管盖(3)封闭，所述冷却导管盖(3)与入口(4)以及出口(5)隔开。本发明此处实质的是，所述入口(4)和所述出口(5)形成为贯穿所述冷却导管盖(3)，其中，引导元件(6)设置在所述入口(4)的区域中，所述引导元件(6)捕获入射冷却剂喷流(7、7’)、将其引导至所述冷却导管(2)中并且将其精确地沿所述活塞(1)的周向方向即沿所述冷却导管(2)的方向偏转。结果，以简单的结构大大地提高了活塞(1)的冷却。

Description

活塞

技术领域

本发明涉及内燃机的活塞，具有周向冷却导管。本发明还涉及由金属板材制成的用于这种活塞的冷却导管的冷却导管盖，以及涉及具有至少一个这种活塞的内燃机。

背景技术

通用活塞是非常已知的，例如被生产为铸造活塞或者锻造活塞。通常依靠金属板材方式的冷却导管盖来进行对这种活塞的导管(其起初在一侧打开)的覆盖。此处，金属板材本身已经具有至少一个入口以及出口，入口和出口通常布置成彼此邻近，使得在入口和出口之间存在几乎360°。

从DE102008038324A1，公知活塞具有形成在翻砂型心中的冷却导管，该冷却导管具有两个入口和两个相对的出口，两个入口布置成彼此邻近，两个出口通过节流阀彼此隔开。冷却油喷流倾斜于活塞轴线而入射，分别通过冷却导管中的两个入口之一进入上和下死点。

从DE102006013884A1还公知了用于内燃机的另一活塞，具有活塞头以及活塞冠以及活塞裙，活塞冠暴露于至少一个燃烧喷流。此处，活塞头和活塞裙包括周向外部冷却导管，其中，在后者中设置环形分隔壁，环形分隔壁布置成平行排列于活塞冠，该分隔壁具有一个或多个喷嘴状开口，这些开口布置成使得它们的相应出口喷流指向为朝向活塞冠的下侧平行于活塞轴线。由此，改善了供给至冷却导管的冷却油的冷却效应。

从DE102008020231A1公知了一种铸造活塞，其具有形成在翻砂型心中的冷却导管。该铸造冷却导管具有馈油开口，馈油开口垂直于冷却导管的方向布置，并且具有漏斗状入口以接收平行于活塞轴线的油喷流。

从EP1238191B1公知了另一通用活塞，其中，在入口的区域中，管状供给件通过搭扣连接或者通过夹入连接被紧固至冷却导管盖。

发明内容

本发明关注的问题是，提出用于通用类型活塞的改进实施例，其尤其独特之处在于，改善的冷却效果。

本发明基于的总体构思是，在具有覆盖冷却导管的冷却导管盖的公知活塞中，在该冷却导管盖上提供入口以及出口，在入口的区域中布置位于冷却导管盖上的引导元件，引导元件将入射冷却剂喷流以漏斗状方式引导至冷却导管，从而捕获冷却导管喷流，同时精确地沿活塞的周向方向、即因此沿冷却导管的流方向偏转所引入的冷却剂喷流。通过入口的漏斗状构造，优选地，当倾斜于活塞轴线以油喷流的方式喷射冷却剂时，还能够独立于活塞的位置将冷却剂(即冷却油)引入冷却导管，由此增加了捕获度，并且更多冷却剂流过冷却导管，因此更好地冷却后者。通过锥形加宽的入口，尤其能够在上死点、下死点以及还在所有中间位置捕获从冷却剂喷嘴喷射出的冷却剂，并且将其直接偏转至冷却导管中。在迄今位置的入口(尤其圆形入口)的情形下，是不可能在所有活塞位置(尤其是在上死点以及下死点)都捕获从冷却剂喷嘴喷射出的冷却剂喷流的，从而不能用其进行冷却。取决于根据本发明提供的引导元件的构造，此处冷却剂不仅能够被轴向地喷射至入口，而且能够被倾斜地喷射至入口，其中，在上死点，所喷射的冷却剂喷流撞击引导元件的一侧，而在下死点，其撞击漏斗状引导元件的另一侧，并且在这些点，将到达的冷却剂喷流偏转至冷却剂导管中。因而还能够利用共用的所谓Y型冷却剂喷嘴，同时从死点分别向两个相邻气缸中的活塞供给冷却剂，即喷射有冷却剂。此处，尽管喷射是不平行于活塞轴线的，但是能够实现高程度的捕获，通过省略若干线路等可以简化内燃机的结构(尤其油路)。

在根据本发明的方案的有利进一步发展中，引导元件构造为喷嘴、漏斗、连接件或者偏转器的方式。该列表已经建议了本发明的引导元件的实施例的变化可能，其中，所有实施例共有的事实是，引导元件能够将冷却剂喷嘴所喷射的近似100％冷却剂引入至冷却导管中，从而使用其用于冷却。

有利地，入口与出口邻近布置，并且用分隔板进行分隔。入口和出口的相邻布置需要一冷却管，该冷却管在活塞中绕近似360°，从而实现了优化的冷却效应。在入口和出口之间，此处能够设置分隔板或者节流阀，它们防止喷射至入口中的冷却剂先前不流过冷却导管而朝出口的方向沿短路径直接流出。但是，通过根据本发明的引导元件的构造，在任何情形下都可以防止上述情况，因为引导元件将入射冷却剂喷流精确地沿一个流动方向(即沿长路径的通流方向)偏转至冷却导管，从而防止冷却剂突然冒出相邻出口。

有利地，引导元件和/或分隔板形成冷却导管盖的整体部件。为了在生产以及尤其安装根据本发明的活塞时使用尽可能少的作业步骤，引导元件还能够已经形成冷却导管盖的整体部件，使得可想到的是，例如，在单个压印/变形作业步骤中将冷却导管盖与引导元件和/或分隔板一起生产。当然，分开生产引导元件或者分隔板也是可想到的，其中，然后在稍后的作业步骤中，必须将引导元件连接至冷却导管盖的入口区域。

在根据本发明的方案的有利进一步发展中，入口具有细长形状或者椭圆形状。通过这种椭圆形状，在活塞行程的过程中，冷却剂喷嘴所喷射的冷却剂喷流撞击的区域能够加大，由此更多冷却剂能够被捕获并且用来冷却活塞。此处，椭圆形的方位或者不同形状的入口的通常最长长度优选大致沿活塞的周向方向延伸。从而，入口能够设置得长于冷却导管的宽度。这使得能够优选在整个活塞行程始终将油喷流引导至冷却导管中。此处，能够布置斜向的喷射油喷嘴，使得油喷流的撞击点优选大约位于冷却导管的中心，以及在活塞在导管中移动期间来回地沿切向行进。有利地，活塞构造为具有铣出的冷却导管的铸造轻金属活塞或者构造为锻造钢活塞。在优选实施例中，活塞需要仅优选地具有周向全打开的具有恒定截面的冷却导管，在一个步骤中将根据本发明的冷却导管盖安装在该导管上。尤其，这种活塞还能够构造为所谓的重型活塞并且完全由锻造钢构成。在重型活塞中，活塞裙可靠地连接毂孔和活塞头，冷却导管在底侧由冷却导管盖封闭，冷却导管盖尤其由弹簧金属板材制成。

本发明的进一步重要的特征及优势将见于附图以及利用附图的附图说明中。

应该理解的是，以上提到的以及以下进一步解释的特征能够不仅以示出的组合使用，而且以其他组合或者单独使用，这并不超出本发明的范围。

附图说明

本发明的优选示范实施例图示于附图并且在以下说明中进一步详细解释，其中，相同附图标记指代相同或者类似或者功能相同的部件。

图中分别示出了：

图1是根据本发明的活塞的底视图，其具有覆盖冷却导管的冷却导管盖，

图2是根据本发明的活塞沿着截面A-A的截面图(参见图1)，

图3是活塞的冷却导管在入口以及出口的区域中的截面图。

具体实施方式

根据图1至图3，根据本发明，内燃机15的活塞1(参见图3)具有冷却导管2，冷却导管2用于在内燃机15的操作期间冷却活塞1，其中，冷却导管2由冷却导管盖3封闭，冷却导管盖3与入口4以及出口5隔开。根据本发明，此处，入口4和出口5贯穿冷却导管盖3而形成，其中，同时引导元件6设置在入口4的区域中，该引导元件以漏斗的方式捕获入射冷却剂喷流7、7’(参见图3)，以及将其引导至冷却导管2，此外，将其沿活塞1的周向方向即朝冷却导管2的方向偏转。如能够见于图1的，此处，入口4具有椭圆形状。出口5也能够以相同或者类似方式构建。

再看图1，可见的是，冷却导管2的入口4和出口5彼此邻近布置，由此冷却导管2绕近似360°。因此，经由入口4喷射的冷却剂(例如冷却油)必须首先运行通过整个冷却导管2，这样做能够冷却活塞1，然后其经由出口5再次从冷却导管2冒出。此处，在入口4和出口5之间，能够布置分隔板9或者节流阀10(后者在图3中由虚线示出)，由此能够可靠地防止先前未流过冷却导管2而从入口4直接至出口5不期望的旁路流动。当然，根据本发明的方案还能够在不具有这种分隔板9或者不具有这种节流阀10的情况下起作用，因为如图3所示，引导元件6的引导口8背向分隔板9或者节流阀10，从而促使冷却剂流过整个冷却导管2。

引导元件6能够构造为喷嘴、漏斗、连接件或者导流板的方式，其中，所有实施例共同具有的是上漏斗状捕获冷却剂喷流7、7’。为了漏斗状捕获冷却剂喷流7、7’以及使其沿冷却导管2的纵向方向偏转，引导元件6具有引导口8，引导口8例如类似于茶壶的出口。

引导元件6、分隔板9或者节流阀10能够形成冷却导管盖3的整体部件，即能够与其构造为一个件。这提供了特别的优势：活塞1能够以常规方式生产，入口4以及还有出口5或者分隔板9或者节流阀10以及引导元件6已经能够由共用的作业步骤制造。例如，能够通过例如压印/变形处理来生产这种冷却导管盖3，其中，在该情况下，冷却导管盖3例如由金属板材压印而成，随后变形。由此，冷却导管盖3能够以成本有效的方式生产。当然，还可以想到这样构建的冷却导管盖3，其中，在单独的作业步骤中将引导元件6和/或分隔板9和/或节流阀10连接冷却导管盖3。

活塞1能够大致构造为铸造轻金属活塞，例如铝活塞，具有铣出的冷却导管2，或者构造为锻造钢活塞。冷却导管盖3与活塞1的连接能够例如依靠焊接连接11和/或依靠搭扣连接12(参见图2)实现。焊接连接11优选通过激光器进行焊接，其中，为了生产搭扣连接12，冷却导管盖3的边缘13被弯折，使得其能够接合至活塞1上的对应凹槽14(参见图2)中。

当然，还可想到的是，根据本发明单独地生产冷却导管盖3，并且对其单独销售，使得在本申请中，还要求单独保护这种冷却导管盖3。

见图3，可见的是，内燃机15具有至少一个冷却剂喷嘴16，冷却剂喷嘴16用于将冷却剂喷射至活塞1中，其中，在图示的情况下，该冷却剂喷嘴16对准成倾斜于活塞轴线17。此处，引导元件6构建成使得其在上死点捕获冷却剂喷嘴16所喷射的冷却剂，在当前情形中对应于冷却剂喷流7，还在活塞1的下死点捕获冷却剂喷嘴16所喷射的冷却剂，在当前情形中对应于冷却剂喷流7’，并且将其偏转至冷却导管2中。当然，引导元件6捕获并且能够偏转上死点和下死点之间的未进一步详细图示的所有冷却剂喷流。此处，冷却剂喷嘴16不是如图示的情形那样必须对准成倾斜于活塞轴线17，而是其还能够大致对准成平行于活塞轴线17，其中，当然，还可想到冷却剂喷嘴16的进一步实施例，因而例如是Y型喷嘴，依靠该喷嘴，彼此邻近布置的两个活塞1能够由冷却剂喷流7、7’同时作用，从而被冷却。见图3，可见的是，在所有活塞位置，冷却剂喷流7、7’被引导元件6捕获并且在冷却导管2中偏转，由此能够实现特别有效的冷却活塞1。利用根据本发明的冷却导管盖3以及根据本发明的关联活塞1，因此非常有效地冷却了活塞1，因此内燃机15的操作能够是非常有效的。

Claims

1.一种内燃机(15)的活塞(1)，具有用于在所述内燃机(15)的操作期间冷却所述活塞(1)的沿至少周向局部的冷却导管(2)，其中，所述冷却导管(2)由冷却导管盖(3)封闭，所述冷却导管盖(3)与入口(4)以及出口(5)隔开，其特征在于，

-所述入口(4)和所述出口(5)形成为贯穿所述冷却导管盖(3)，

-引导元件(6)设置在所述入口(4)的区域中，所述引导元件捕获入射冷却剂喷流(7、7’)、将其引导至所述冷却导管(2)中并且将其精确地沿所述活塞(1)的周向方向即沿所述冷却导管(2)的方向偏转；

-所述入口(4)布置成邻近所述出口(5)，和/或

-分隔板(9)或者节流阀(10)布置在所述入口(4)和所述出口(5)之间；

所述引导元件(6)和/或所述分隔板(9)和/或所述节流阀(10)形成所述冷却导管盖(3)的整体部件。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，

所述引导元件(6)构造为喷嘴、漏斗、连接件或者导流板的方式。

3.根据权利要求1或2所述的活塞，其特征在于，

所述入口(4)具有细长或者椭圆形状。

4.根据权利要求1或2所述的活塞，其特征在于，

所述活塞(1)构造为具有铣出的冷却导管(2)的铸造轻金属活塞，或者构造为锻造钢活塞。

5.根据权利要求1或2所述的活塞，其特征在于，

所述冷却导管盖(3)依靠焊接连接(11)和/或依靠搭扣连接(12)与所述活塞(1)连接。

6.一种用于内燃机(15)的活塞(1)的冷却导管(2)的冷却导管盖(3)，由板材金属制成，冷却导管(2)在一侧敞开并且具有入口(4)以及出口(5)，其中，在所述入口(4)的区域中设置引导元件(6)，所述引导元件(6)捕获入射冷却剂喷流(7、7’)、将其引导至所述冷却导管(2)中并且将其精确地沿所述活塞(1)的周向方向即沿所述冷却导管(2)的方向偏转；

所述引导元件(6)与所述冷却导管盖(3)构造为一个件。

7.一种内燃机(15)，具有至少一个根据权利要求1至5中任一项所述的活塞(1)，其特征在于，

设置冷却剂喷嘴(16)用于将冷却剂喷射至所述活塞(1)中，所述喷嘴对准成倾斜于活塞轴线(17)，并且其中，所述引导元件(6)在所述活塞(1)的上死点、下死点以及还在上死点和下死点之间捕获所述冷却剂喷嘴(16)所喷射的冷却剂，并且将冷却剂精确地沿周向方向偏转至冷却导管(2)。