CN108026862B - 内燃机的活塞和用于制造内燃机的活塞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机的活塞(1)，该活塞具有上部(2)，该上部包括活塞环区(6)和与上部(2)邻接的活塞裙(3)，在活塞(1)中形成至少一个空间(12)，在所述空间中填充冷却介质，冷却介质被填充到冷却介质容器(13)中并且冷却介质容器(13)被插入到活塞(1)中的所述至少一个空间(12)中。

Description

内燃机的活塞和用于制造内燃机的活塞的方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机的活塞和一种用于制造这种活塞的方法。

背景技术

由DE102013002895A1已知一种内燃机的活塞，其具有带有活塞环区的上部，其中活塞裙邻接上部并且在活塞中形成至少一个空间、这里是细长孔，在该细长孔中填充冷却介质、在此是碱金属。在这种已知的活塞中，这些空间直接填充冷却介质并在填充后被封闭。这里的封闭是通过压入灌装开口中的球来实现的。所用的冷却介质是碱金属、特别是钠。

原则上这种可以通过碱金属将活塞的在温度方面高负荷的区域冷却的方式证明是有利的。然而，已经发现，将冷却介质导入为此设置的空间中的制造是有问题的。在此必须非常小心地工作，以便冷却介质仅被引入为此所设置的空间中并且不能逃逸到环境中。因此，将冷却介质直接引入到活塞中的为此设置的空间中是复杂和成问题的。由于下述事实加剧了这个问题，即不是仅设置一个唯一的空间、而是在DE102013002895A1中设置多个弯曲延伸的孔，冷却介质需要被引入这些孔中。

发明内容

因此，本发明的目的在于避免上述缺点，并且提供一种活塞和一种用于制造这样的活塞的方法，利用该活塞和方法允许更加简单地用冷却介质填充空间。

该目的由根据本发明的活塞和方法实现。

关于活塞，根据本发明规定，该内燃机的活塞具有：上部，该上部包括活塞环区；和与上部邻接的活塞裙，在活塞中形成至少一个空间，在所述空间中填充冷却介质，冷却介质被填充到冷却介质容器中并且冷却介质容器被插入到活塞中的所述至少一个空间中，冷却介质容器构成为细长的且圆筒形的，并且冷却介质容器的纵轴线延伸通过活塞的燃烧室凹坑的圆顶。这样做的优点是首先提供冷却介质容器并且该冷却介质容器填充适当的冷却介质。这独立于活塞本身的制造。在填充有冷却介质和封闭的冷却介质容器已经制造并提供之后，冷却介质容器可以插入到活塞中提供的空间中。这大大简化了活塞本身的制造，因为不再需要与冷却介质本身打交道。冷却介质被不透气地封闭在冷却介质容器中地提供，冷却介质容器可以毫无问题地被操作。这个操作是手动完成的，但也可以是自动的。

在冷却介质容器已经插入到在活塞中的为此设置的空间中之后，关于活塞的设计或关于下一个方法步骤有多种可能性。一方面，根据本发明规定，在插入冷却介质容器之后，空间利用封闭措施封闭或是已经利用封闭措施封闭。该封闭元件可以是已知的球，但是任何其他单独的封闭措施也可以使用并且与空间的填充开口作用连接，以便封闭具有在其中的冷却介质容器的空间。如果使用封闭措施，可以考虑的是，冷却介质容器以形锁合的方式布置在空间中，并且因此它不能再相对于活塞移动。替代地，可以考虑的是，在封闭空间之后冷却介质容器在空间中还有一定的余隙并且因此可以运动。位置固定的设置的优点是，热量可以由此更好地传递给冷却介质并且可以排出到在温度方面明显较低负荷的区域。冷却介质容器在空间中的运动具有相同的优点，因为由于在运行中活塞在内燃机气缸内的上下运动，冷却介质容器同样吸收高负荷区域上的热量并且当其在空间中运动时将该热量排出到较低负荷区域。

替代地，在本发明的改进中规定，冷却介质容器在插入到空间中之后被固定在其在那里的位置上。这例如可以通过压入、粘结或其他适当的措施来实现，这些措施在将冷却介质容器插入活塞中的相关联的空间之后冷却介质容器永久固定在其位置上。一方面，这具有以下优点：同样如上所述给出了良好的热传递并因此给出了从在温度方面高负荷的区域向在温度方面较低负荷的区域中的传热。另外，可以省略空间的插入开口的封闭，从而由此使活塞的制造再次简化。

如果空间在冷却介质容器插入后利用封闭措施封闭或插入开口保持敞开，则该插入开口优选设置在不再被处理的活塞内部区域中。如果插入开口在活塞的外部区域中、例如在活塞环区或活塞裙区域上方、下方或内部的区域中，则可以使用单独的封闭措施，其在插入和封闭后被修改。在此，在封闭活塞的内部区域或外部区域中的插入开口时不仅可以考虑替代单独的封闭元件而对插入开口进行熔焊、钎焊、粘结等。而且在此封闭的插入开口可以在封闭过程之后被修改。

在本发明的进一步发展中，冷却介质容器构成为细长的且圆筒形的，例如构成为管。这具有如下优点：由于冷却介质容器的这种细长的延伸，其一端被布置于在温度方面高负荷的区域中，而另一端被布置于在温度方面较低负荷的区域中。通过活塞在内燃机气缸中的上下运动，通过冷却介质容器的适当定向，位于冷却介质容器中的冷却介质吸收所述高负荷的区域中的热量并且将其排向所述较低负荷的区域。这种传热可以连续进行，特别是当冷却介质容器完全充满冷却介质时。然而，也可以设想不连续的传热，特别是当冷却介质容器没有完全充满冷却介质并且冷却介质可以在冷却介质容器的两端之间来回运动时。

到目前为止，假定用于容纳冷却介质容器的空间或者在制造活塞时形成到活塞中的(例如通过损失型芯来铸造活塞，该型芯被冲刷掉并且而后形成用于容纳冷却介质容器的空间)或空间在制造活塞之后形成，例如通过钻孔等。在本发明的一个替代设计中还规定，将冷却介质容器铸造到活塞中。以合适的方式，单独制造的并填充有冷却介质的且封闭的冷却介质容器被提供并插入到活塞的铸造模具中。这种插入类似于例如用于制造冷却空腔(例如环形的冷却通道)的损失型芯插入到活塞的铸造模具中。例如，所述至少一个冷却介质容器可以被固定在铸造模具的套筒上。在铸造模具闭合之后，铸造模具被填充铸造熔体，该铸造熔体包围所述至少一个冷却介质容器(以及可能的进一步存在的损失型芯)，使得冷却介质容器可以在铸造熔体凝固后设置在其在活塞内部的为此设置的位置上并且可以承担其功能。

根据本发明提供一种用于制造内燃机的活塞的方法，该活塞具有：上部，该上部包括活塞环区；和与上部邻接的活塞裙，在活塞中形成至少一个空间，在所述空间中填充冷却介质，其中，将冷却介质填充到冷却介质容器中并且而后将冷却介质容器插入到所述空间中，将构成为细长的且圆筒形的冷却介质容器的纵轴线定向成延伸通过活塞的燃烧室凹坑的圆顶。

上述相同的实施例和由此产生的优点同样适用于根据本发明的用于制造活塞的方法。

附图说明

以下描述并且在附图1至3中示出根据本发明的活塞的一个示例性实施例，借助于该实施例还说明了制造步骤。

具体实施方式

利用附图标记1示例地示出具有上部2的一体式活塞1。活塞裙3邻接上部2，其中，在这种类型的活塞中，活塞裙3的两个相对置的部段通过连接壁4连接，在该连接壁中还设置有销孔5。可以存在、但不是必须存在用于容纳活塞销的端部的销孔。活塞销的端部也可以以另外的方式布置在上部2的下侧上。上部2以本身已知的方式具有活塞环区6，其中在活塞1的内部区域中利用附图标记7表示中央区域(图1)。

在活塞1的上部2中，可以存在燃烧室凹坑8以及环形环绕的冷却通道9。根据活塞的用途，燃烧室凹坑8和/或冷却通道9可以、然而不是必须存在。

在图1中，利用附图标记10示出位于活塞1内部的空间12的开口11的封闭件。

在观察图2时可以清楚看出，原则上所述至少一个空间12、此处是多个空间12设置在在活塞1中、即设置在活塞的实心材料内部。虽然在图1中假定空间12的开口11从中央区域7(活塞1的内部区域)可接近，然而在图2中示出，空间12的开口11可从活塞1的外部区域(例如从连接壁4或活塞裙3)接近的。

与从哪里可以接近空间12和与空间的开口11(插入开口)位于何处无关，在制造活塞1(更确切地说是活塞坯件)之后或者已经利用制造而在活塞基体(实心材料)中形成所需数量的空间12。该形成可以如上所述通过损失型芯法实现，这些型芯被冲刷掉。替代于此，相应的空间12可以在制造活塞坯件之后通过合适的方法(例如钻孔、铣削或类似方式)被形成。这例如可以借助于根据图2的活塞看出，在那里空间12在活塞1中倾斜地设置并且朝向中央区域7定向。

在已经准备好根据图2的活塞之后，如图3所示将之前制造的且利用冷却介质填充的冷却介质容器13插入为此设置的空间12中。在插入之后，空间12的相关开口11被封闭，或者相应的冷却介质容器13如此被插入到空间12中，使得在完成插入过程之后冷却介质容器永久地固定在其位置上。该位置固定必须一定如此实现，使得活塞1在内燃机的气缸内上下运动期间冷却介质容器13不能从空间12中运动出来。

如图2和图3所示，空间12以及相应的冷却介质容器13设计成细长的且圆筒形的。该细长的圆筒形构造允许简单地通过使用管材料制造冷却介质容器13，所述管材料例如在一端封闭并且然后填充冷却介质，并且而后另一端被气密地封闭。此外，这种细长设计具有这样的优点，即当形成空间12时，活塞1的强度仅稍微减弱。另一个优点是，由于冷却介质容器13的细长延伸，可以非常好地实现从在温度方面高负荷的区域(在该实施例中例如是燃烧室凹坑8的内圆顶)朝向在温度方面较低负荷的区域的热量转移。

为了填充冷却介质容器13和为了传热，考虑任何合适的冷却介质。碱金属、例如钠是特别有利的，因为它们在活塞1的温度工作范围内具有非常好的传热。

附图标记清单

1 活塞

2 上部

3 活塞裙

4 连接壁

5 销孔

6 活塞环区

7 中央区域

8 燃烧室凹坑

9 冷却通道

10 封闭件

11 开口

12 空间

13 冷却介质容器

Claims (6)

1.一种内燃机的活塞(1)，该活塞具有：上部(2)，该上部包括活塞环区(6)；和与上部(2)邻接的活塞裙(3)，在活塞(1)中形成至少一个空间(12)，在所述空间中填充冷却介质，冷却介质被填充到冷却介质容器(13)中并且冷却介质容器(13)被插入到活塞(1)中的所述至少一个空间(12)中，其特征在于，冷却介质容器(13)构成为细长的且圆筒形的，并且冷却介质容器的纵轴线延伸通过活塞(1)的燃烧室凹坑(8)的圆顶，其中，冷却介质容器(13)被铸造到活塞(1)中。

2.根据权利要求1所述的内燃机的活塞(1)，其特征在于，在插入冷却介质容器(13)之后，所述空间利用封闭措施封闭。

3.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，冷却介质容器(13)在插入到空间(12)中之后在那里被固定在其位置上。

4.一种用于制造内燃机的活塞(1)的方法，该活塞具有：上部(2)，该上部包括活塞环区(6)；和与上部(2)邻接的活塞裙(3)，在活塞(1)中形成至少一个空间(12)，在所述空间中填充冷却介质，其中，将冷却介质填充到冷却介质容器(13)中并且而后将冷却介质容器(13)插入到所述空间(12)中，其特征在于，将构成为细长的且圆筒形的冷却介质容器(13)的纵轴线定向成延伸通过活塞(1)的燃烧室凹坑(8)的圆顶，其中，将冷却介质容器(13)铸造到活塞(1)中。

5.根据权利要求4所述的用于制造内燃机的活塞(1)的方法，其特征在于，在冷却介质容器(13)插入之后，利用封闭措施封闭所述空间。

6.根据权利要求4所述的用于制造内燃机的活塞(1)的方法，其特征在于，冷却介质容器(13)在插入到空间(12)中之后在那里被固定在其位置上。

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