CN106103959B - 带敞开的具有利于流动的油引导面的冷却腔的活塞以及用于冷却所述活塞的方法 - Google Patents

带敞开的具有利于流动的油引导面的冷却腔的活塞以及用于冷却所述活塞的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的活塞(1、100、200、300)，具有环形区域(3)、轴(4)和销毂孔(5)以及带有油引导面(10)的至少一个冷却腔(7)，其中，至少一个油引导面(10)具有斜面，以及本发明涉及一种用于冷却所述活塞(1、100、200、300)的方法。

Description

带敞开的具有利于流动的油引导面的冷却腔的活塞以及用于 冷却所述活塞的方法
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的相应前序部分的特征的带敞开的具有利于流动的油引导面的冷却腔的活塞以及用于冷却所述活塞的方法。
背景技术
用于制造活塞的方法是已知的。活塞例如以锻造法、铸造法或其它可比的方法制成。
DE10106435A1涉及一种用于内燃机的活塞。所述活塞包括活塞头、活塞轴，所述活塞轴具有一对活塞销毂并且向后错开地构造在活塞销毂的区域中，使得活塞头在活塞销毂的区域中沿径向方向凸出于向后错开的活塞轴，其中，在由活塞轴和活塞头限定的活塞内腔中设有油引导壁，所述油引导壁围成油束冲击区，并且设有至少一个贯通通道，所述贯通通道从活塞内腔朝向径向凸出于活塞头的活塞外部区域定向地延伸，使得通过贯通通道引入的油在活塞头突出部的区域中从活塞头转向。由此可能的是：通过主要是直接的油流来冷却活塞的活塞环附近的周围边缘区域。油引导面通过活塞轴的内壁与活塞头的下侧面共同作用来形成并且优选包括从油束冲击区延伸到贯通通道中的槽形区域。
发明内容
本发明的目的是，将油喷射流最佳地分布到待冷却的面上并且由此改进到冷却介质上的热传递以及提供一种用于冷却活塞的方法。
所述目的通过具有独立权利要求的特征的活塞和方法得以实现。
根据本发明提出：冷却腔的至少一个油引导面具有关于活塞行程轴线的坡度。
到冷却腔的非直接喷射的侧面上的油传输通过至少一个油引导面的坡度实现。由此实现对冷却油的更有效的利用。其结果是完成在活塞处的温度降低。油喷射流最佳地分布到冷却腔的或活塞的待冷却的面上。冷却腔构造成朝向销毂孔的方向敞开，使得冷却油能够自由地流出。冷却腔优选围绕中心点、例如围绕活塞行程轴线环绕地构成。冷却腔构造成优选与环形区域相邻并且通过壁部相对所述环形区域限界。关于活塞行程轴线，油引导面的坡度(倾斜设置)例如在0.5°至45°之间。
此外根据本发明设定：在第一点(或区域)和至少一个另外的点(或区域)之间构成至少一个油引导面的坡度。冷却油沿着油引导面、自所述点(或喷射区域，冷却油冲击到该喷射区域上)起流动，在该点处油喷射流冲击到油引导面上。坡度有利于冷却油沿着油引导面流动并且以有利的方式改进在油引导面与冷却油之间的热交换。
此外根据本发明设定：第一点(或面状区域)描述冷却腔在其最高点处的高度。
此外根据本发明设定：至少一个另外的点(或面状区域)描述冷却腔在其最低点处的高度。
坡度从第一点、即冷却腔的最高点朝向至少一个另外的点、即冷却腔的最低点延伸。冷却腔由此形成展开的平面或面，所述平面或面关于活塞行程轴线(亦或关于活塞底部)倾斜定向。
坡度由此在冷却腔内部构成环绕的倾斜平面。因此，冷却油自冲击部位起沿着所述倾斜平面引导。由此能够实现高的热交换性能。
此外根据本发明设定：冷却腔通过三个油引导面限界。通过由三个油引导面限界形成向下朝向销毂孔(或轴的下棱边)的方向敞开的冷却腔。由此降低活塞的生产成本，这是因为不需要构成封闭的冷却通道。此外，冷却油能够在吸取热量之后自由流出。
此外根据本发明设定：三个油引导面形成冷却腔盖以及侧壁，其中一个壁朝向环形区域的方向对冷却腔进行限界，并且一个壁朝向燃烧室凹腔的方向对冷却腔进行限界。通过这种设计结构，只要存在燃烧室凹腔，就能够实现从燃烧室凹腔到其附属的油引导面的直接的热传递并且由此能够实现到冷却油的热传递。需从燃烧过程中排出的热量因此能够在其产生不久就通过冷却油排出。
此外根据本发明设定：冷却腔设计成朝向销毂孔的方向敞开。这能够实现冷却油在吸取热量之后直接流出到活塞下方的区域中。由此提高冷却油的交换速率。
此外根据本发明设定：冷却腔具有与活塞的内轮廓的直接连接部。内轮廓朝向燃烧室凹腔的方向的边界面同样用于热交换。由于内轮廓和环绕的冷却腔直接接触，所以冷却油能够不受阻碍地从一个区域到达另一区域中。
此外根据本发明设定：至少一个具有坡度的油引导面具有凸出曲面。替换地或补充地，根据本发明设定：至少一个具有坡度的油引导面具有凹形曲面。具有曲面的油引导面有利于冷却油从冲击部位流出。热交换速率得到进一步提高并且活塞的冷却性能得到提到。凸形的和凹形的实施方案与相应的应用情况有关。
此外根据本发明设定：至少一个具有坡度的油引导面构造成冷却腔盖。由此，冲击的冷却油沿着上部的油引导面引导。由此确保：冷却油环绕地在与燃烧室凹腔的边缘相邻的整个区域上流动。由此确保在高应力区域中、即在燃烧室凹腔的边缘中的较高的热交换。
关于用于冷却具有敞开的冷却腔的活塞的方法，根据本发明设有下述步骤：
-使得油喷射流指向至少一个倾斜设置的油引导面；
-用冷却油润湿至少一个油引导面；
-将冷却油沿着油引导面引导；
-在油引导面与冷却油之间进行热交换；
-将被加热的冷却油通过朝向销毂孔方向打开的冷却腔引出。
之前描述的冷却方法能实现将冷却腔中的整个油引导面或者至少几乎整个油引导面润湿。提高在油引导面与冷却油形式的冷却介质之间的热交换速率。提升活塞的冷却性能的效率。
换言之，通过定向的油流改进冷却效率。至今为止，通过折叠技术以高的材料投入和切削加工形成冷却腔。通过根据本发明的倾斜的油引导面形式的设计机构，油喷射流最佳地分布到待冷却的面上。
通过倾斜的盖完成到冷却袋状部的不直接喷射的侧面上的油传输，由此实现对冷却油的更有效的使用，从中获得在活塞处的温度降低。冷却袋状盖以0.5°至45°斜置。
根据本发明的活塞可以由钢、铝、它们的合金、合金或类似材料制成。
根据本发明的活塞也能够多件式地构成。重要的是，至少一个油引导面倾斜地设计。
附图说明
在附图中示出并且在下文中描述本发明的实施例。
图1A和1B示出根据本发明的具有倾斜的冷却腔盖的活塞的视图；
图2A和2B示出根据本发明的具有倾斜的冷却腔盖的活塞的另一实施例的视图；
图3示出根据本发明的具有凸形倾斜的冷却腔盖的活塞的另一实施例的视图；和
图4示出根据本发明的具有凹形倾斜的冷却腔盖的活塞的另一实施例的视图。
具体实施方式
图1A和1B示出根据本发明的具有倾斜的冷却腔盖的活塞1的第一实施例。图2A和2B示出根据本发明的具有倾斜的冷却腔盖的活塞100的第二实施例。图3示出根据本发明的具有凸形倾斜的冷却腔盖的活塞200的另一实施例。图4又示出根据本发明的具有凹形倾斜的冷却腔盖的活塞300的另一实施例。
相同的元件在所有附图中获得相同的附图标记。
在下面的附图说明中，术语如上、下、左、右、前、后等仅涉及在相应附图中选定的设备和其它元件的示例性表示和位置。所述术语不应理解为限制性的，意即这些关系可以通过不同的位置和/或镜像对称的设计或类似方式改变。
图1A、1B、2A、2B、3和4示出活塞1、100、200、300的不同实施例。下面描述这些活塞1、100、200、300的共同性。活塞1、100、200、300具有燃烧室凹腔2。在活塞的外周上设置有环形区域3。在环形区域3上连接有轴4。在轴4中设置有销毂孔5。活塞的内腔通过轴4的向后错开的壁(也称为连接壁)以及通过与燃烧室凹腔的底部对置的面限定。内轮廓6与燃烧室凹腔2的底部对置，壁部形成在这些区域之间的限界部。
在活塞的外周、内周上环绕地构造有冷却腔8。所述冷却腔8由油引导面10限定。背向销毂孔5的油引导面10由冷却腔盖8构成。所述冷却腔盖8设计有在周边上可变的高度。由此形成的斜面在附图中在剖视图中通过点X、Y示出。其中，X代表冷却腔在最低点处的高度，并且Y代表冷却腔在最高点处的高度。从中得出：
Δ＝Y–X
X<Y
Δ(Delta)因此表示在Y与X之间的高度差。此外，X的值小于Y的值。由此产生的坡度例如在0.5°和45°之间。以三维的方式观察，其为面。
油引导面10由油喷射流9润湿。
在图1A和1B中倾斜地示出油喷射流9。
图2A和2B示出具有冷却腔7的活塞100，该冷却腔具有在周边上可变的高度。此外示出冷却腔7的替换位置或附加的冷却腔7。
图3示出具有凸形弯曲的冷却腔盖8的活塞200。凸形曲面将油喷射流9引导离开其冲击部位。半径R1代表至少一个油引导面10的凸形曲面。
图4又示出具有凹形弯曲的冷却腔盖8的活塞300。冷却腔盖8的凹形曲面也将冷却油更好地引导离开油喷射流9的冲击位置。半径R2描述至少一个油引导面10的凹形曲面。
前面描述的并且也在权利要求中要求保护的活塞(通常的或者根据第一或第二实施例)以本身已知的方式使用在内燃机中。内燃机具有至少一个气缸室，在所述气缸室中设置有活塞，并且所述活塞能够以已知的方式上下运动(振动)。在内燃机的曲轴箱中存在至少一个油喷射喷嘴(也称为冷却油喷嘴)，油束经由所述油喷射喷嘴朝向活塞底部的方向、即朝向向下敞开的冷却腔的方向射出，以便将冷却介质引向向下敞开的冷却腔，所述冷却介质沿着向下敞开的冷却腔的壁部扫过进而扫过向下敞开的冷却腔的壁部，在该处吸收热量，并且此后再次向回引导到活塞的内部区域中进而也向回引导到曲轴箱的内部区域中，以便将在活塞底部的区域中由于燃烧产生的热量引出。此后将在曲轴箱中向回引导的冷却介质向回引导到冷却循环中并且能够重新通过喷射喷嘴作为油束排出。
附图标记列表：
1 活塞
100 活塞
200 活塞
300 活塞
2 燃烧室凹腔
3 环形区域
4 轴
5 销毂孔
6 内轮廓
7 冷却腔
8 冷却腔盖
9 油喷射流
10 油引导面
X 冷却腔在最低点处的高度
Y 冷却腔在最高点处的高度
Δ(Delta) 在Y与X之间的差
R1 半径凸形
R2 半径凹形

Claims (6)

1.用于内燃机的活塞，其具有：
具有水平壁的活塞头，该水平壁包括冷却腔盖表面；
延伸穿过活塞头中心的纵向活塞行程轴线；
活塞裙部，该活塞裙部与活塞头连接并且围绕活塞行程轴线沿周向延伸，所述活塞裙部具有一对径向的对置壁，这些对置壁径向向内向活塞行程轴线凹入，凹入的所述对置壁分别具有一个限定销毂孔的销毂和内表面，所述内表面径向离开活塞行程轴线；
冷却腔，所述冷却腔由活塞头冷却腔盖表面和凹入的对置壁内表面限定，所述冷却腔朝向活塞行程轴线敞开并且围绕活塞行程轴线径向定位，所述冷却腔盖表面延伸穿过活塞行程轴线并且具有斜坡，所述斜坡自冷却油冲击到的喷射区域起沿着油引导面总体向上延伸，其中，所述冷却腔盖表面和凹入的所述对置壁内表面可用作三个油引导面，其用于转移活塞头的热量。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述冷却腔盖的斜坡构成在限定所述冷却腔盖的竖直最高点的第一点(Y)与至少一个另外的点(X)之间，所述至少一个另外的点限定所述冷却腔盖在冷却腔中的竖直最低点。
3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述冷却腔(7)具有与内轮廓(6)的直接连接部。
4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述冷却腔盖表面的斜坡此外包括朝向销毂的凸形曲面。
5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述冷却腔盖表面的斜坡此外包括朝向销毂的凹形曲面。
6.用于冷却根据权利要求1至5之一所述的活塞的方法，其特征在于，所述方法具有下述步骤：
-使油喷射流(9)指向具有斜坡的冷却腔盖表面；
-用冷却油润湿所述冷却腔盖表面；
-将所述冷却油沿着所述冷却腔盖表面引导；
-在所述冷却腔盖表面和所述冷却油之间进行热交换；
-将被加热的冷却油通过沿着活塞行程轴线朝向销毂孔自由打开的冷却腔引出。
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