CN110121590A - 具有堤坝部和漏斗部的冷却通道 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的活塞(1)，包括接合在一起的上部件(2)和下部件(3)，其中，设有冷却通道(8)，冷却通道具有用于冷却介质的至少一个输入开口(9)和/或至少一个排出开口(13)，其特征在于，不仅通过下部的冷却通道区域的完成锻造的轮廓在输入开口(9)和/或排出开口(13)的区域中形成堤坝形的抬高部(10)，而且通过预锻造在活塞(1)的内侧(11)上形成输入开口(9)和/或排出开口(13)的进入轮廓(12)。

Description

具有堤坝部和漏斗部的冷却通道

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的特征的活塞，该活塞包括接合在一起的上部件和下部件，活塞具有冷却通道、优选地环形地环绕的冷却通道，其中，为了输送冷却油的目的设置至少一个输入开口，并且为了排出冷却油的目的设置至少一个排出开口。

背景技术

所述输送或排出开口从活塞的内部区域中沿着冷却通道的方向延伸并且穿过冷却通道的下壁、尤其是下顶点。因此，开口位于冷却通道的最低点，从而至少在活塞静止时冷却油始终能从冷却通道中流出并且不会被储存在此处。

从专利文献DE 10 2011 007 285 A1中已知一种用于内燃机的活塞，该活塞具有活塞上部件和活塞下部件，其具有位于内部的优选地环形的冷却通道以用于在内燃机工作期间冷却活塞。在活塞下部件上设置至少一个输入开口和至少一个输出开口，冷却介质流通过输入开口和输出开口流入冷却通道中或从冷却通道中流出。相应的开口被环形隆起部或斜坡形的抬高部包围，该隆起部或抬高部防止冷却介质液位下降到预定义的水平之下。环形隆起部或斜坡形的抬高部与活塞下部件构造成一件式的。

作为环绕开口的环形隆起部的构造方案的备选，为了保证在冷却通道中的一定的冷却介质液位，在文献DE 10 2015 206 375 A1中公开了，在制造输入和排出开口之后，将管插入开口中，其中，指向冷却通道的方向的管的离开开口布置在冷却通道的最低点上方。由此，也调整在冷却通道中的一定的冷却介质液位。该解决方案需要另外的部件以及额外的装配步骤，从而在实际上不实用。

发明内容

本发明的目的是，提供一种具有冷却通道的活塞，该活塞在其冷却作用方面相对于已知的具有冷却通道的活塞有所改进。

该目的通过权利要求1所述的特征实现。

根据本发明规定，不仅通过下部的冷却通道区域的完成锻造的轮廓在输送和/或排出开口的区域中形成堤坝形的抬高部，而且通过预锻造在活塞的内侧上形成输送和/或排出开口的进入轮廓。由此，直接随着制造活塞的下部件(该制造独立于活塞的上部件的制造)，在一个锻造方法中实现轮廓，该轮廓实现了保证在冷却通道中的最低液位或最小液位(尤其是在活塞静止时)。通过锻造来制造具有的优点是高强度的构造和符合要求的流线，从而形成已经具有用于实现其功能所需的轮廓的高强度的下部件。

在本发明的改进方案中，在输入开口上的预锻造部构成为漏斗形的，与之相对，补充地或备选地，在排出侧上(即在排出开口的区域中)的预锻造部构造成柱形的。

在本发明的改进方案中，在制造下部件时，在锻造期间，产生在冷却通道的宽度上延伸(即，径向地从活塞中心点穿过活塞冲程轴线向外延伸)的堤坝部作为堤坝形的抬高部，从而尽可能防止流过在冷却通道中的堤坝形的抬高部(堤坝部)，而在根据专利文献DE10 2011 007 285 A1的活塞中这种流过是可能的。在此，在本发明的改进方案中，抬高部的高度达到冷却通道的总高度的20％至80％、优选地30％至70％。

在本发明的改进方案中，横向于冷却通道生成的堤坝部(堤坝形的抬高部)在堤坝部和冷却通道的壁之间的过渡部上具有至少一个凹部、优选地具有多个凹部。

此外，补充地或备选地，根据本发明规定，在由上部件和下部件组成的活塞的活塞上部件中，同样可选择性地锻造冷却通道，并且在输入开口的区域中锻造伸入冷却通道中的V形的元件，其用于使射入的油射流以相同或不同的份额沿冷却通道的两个方向偏转。由此，该V形的元件用作用于通过输入开口被喷入的射入的油射流的射流分配器。

通过根据本发明的措施，通过在冷却通道上的措施，实现了对活塞的热受载区域更好的冷却作用，在冷却通道中，堤坝形的抬高部保证了可预定的保留在冷却通道中的冷却介质液位，并且同时输入的油射流不受回流妨碍。此外，通过输入开口的漏斗形的构造方案，提高了有效地进入冷却通道中的油的容积效率。

此外，漏斗形的输入开口用于，在宽的活塞冲程范围上收集至少两个平行的或彼此倾斜的油射流(其被一个喷射喷嘴或者多于一个喷射喷嘴射出)的油体积流并且将油引导到冷却通道中。在此，漏斗形的锻造部可具有所有的面形状。通过油喷射喷嘴提供的油在此可从一个或多个喷嘴开口离开，其中，不必同时打开所有喷嘴开口。

通过两种轮廓(堤坝部以及漏斗部)直接由锻造过程引入，实现明显更有效地制造活塞，并且可省去插入独立的收集元件。

最后，通过堤坝部和漏斗部的相对置的轮廓的构造，实现尽可能均匀的壁厚走向，这有利于活塞的制造过程和重量，其中，通过冷却通道的上侧同样由锻造工艺在活塞上部件中制造并且由此能尽可能地或完全省去加工或再加工，进一步提高了活塞的制造效率。

总地来说，本发明通过集成地在活塞上一体成型出轮廓在没有附加的元件的情况下改善了冷却效果。由此，实现了活塞的更有效率的制造并简化了工艺。此外，这种活塞能在降低冷却油需求的同时承受更高的热负载。

附图说明

在附图中以不同视图示出并在下文中详细描述根据本发明的活塞的实施例。

具体实施方式

在图1中以截面图示出了由下部件2和上部件3组成的活塞1。两个部件2、3彼此独立地制造并且以合适的方式接合在一起。

以已知的方式，活塞1具有外部的环绕的环区4，并且可包含、但不是必须包含燃烧室凹腔。

下部件3形成活塞裙5和活塞销孔6。

功能正常的功能活塞1具有其它元件，然而未详细描述或设有附图标记。

两个部件2、3借助于合适的接合过程持久地且不可拆地相互连接，以由此构成一件式的可供使用的活塞1。在至少一个接合平面7中进行接合过程。在该实施例中，接合过程是摩擦焊方法。

此外，活塞1具有冷却通道8。在该实施例中，冷却通道8由不仅在上部件2中而且在下部件3中的部分凹部形成。这具有的优点是，在接合两个部件2、3之前，可接近其部分凹部并且因此能最优地制造或再加工所述部分凹部，因为在接合两个部件2、3之后不再能接近部分凹部。

同样，以已知的方式，活塞1具有至少一个输入开口9，由喷射喷嘴发出的自由的油射流沿冷却通道8的方向被喷入输入开口9中。如果输入开口是唯一的开口，输入开口9也用作用于在冷却通道8中循环的冷却油的排出开口。此外备选地，作为至少一个或刚好一个输入开口9的附加，也存在至少另一排出开口、尤其是刚好一个排出开口(稍后还将详细描述)。

以根据本发明的方式，在排出开口9旁边，从冷却通道8的下底部出发存在堤坝形的抬高部10。该堤坝形的抬高部10与下部件3一起制造。由此，例如可以铸造方法制造下部件3并且此时构造堤坝形的抬高部。备选地，可以铸造方法制造下部件3，并且紧接着通过成型工艺(例如锻造方法)构造堤坝形的抬高部10。以尤其优选的方式，以一个成型工艺(例如锻造方法)不仅制造下部件3及其几何结构而且制造堤坝形的抬高部10。

在制造下部件3时，下部件获得内部几何结构11，内部几何结构11具有输入开口9的尤其是漏斗形的进入轮廓12。进入轮廓12也可具有与漏斗形不同的形状。重要的是，进入轮廓12优选地以锻造方法构造并且此时进入轮廓具有如下形状，即，通过该形状将被喷入输入开口9中的油射流有目的地引向冷却通道8的方向。此时同样重要的是，在输入开口9旁边的堤坝形的抬高部10不妨碍被喷入的油射流进入，从而被喷入的油在冷却通道8中环绕地被引导。

图2示出了下部件3的指向上部件2的方向的上侧的俯视图。在此可看出，除了输入开口9也存在排出开口13。在该实施例中，存在刚好一个输入开口9和刚好一个输入开口13，存在从输入开口和排出开口延伸出来的环绕的冷却通道8。然而也可设想，冷却通道8不是构造成完全环绕，而是分成例如至少两个部分区段。在这种情况中，例如每个部分区段具有其自己的输入开口和其自己的排出开口。

如可从图2中的图示得到的那样，在朝向冷却通道8的每个侧上，在输入开口9和排出开口13旁边都存在下部件3上的堤坝形的抬高部10并且堤坝形的抬高部与下部件3构造成一件式的。然而也可设想，在开口9、13中的一个上设置仅仅一个堤坝形的抬高部10或者甚至不设置堤坝形的抬高部10，尤其在排出开口13的区域中。

此外，可从图2中看出，下部件3具有外部的环绕的接合面14和内部的环绕的接合面15，这两个接合面由下部件3的对应的桥接部形成。接合面14、15指向上部件2的对应的、同样形成桥接部的接合面，上部件的接合面构造在桥接部的结束部上。借助于所述彼此面对的且对应的接合面，优选地借助于摩擦焊方法将两个部件2、3持久地且不可拆地相互接合。同样可设想两个部件2、3的其它几何结构的设计方案及其能够保证将两个部件2、3持久地且不可拆地接合的其他接合方法。

图3以剖视的三维视图示出了活塞1，在活塞中，两个部件2、3持久地且不可拆地相互接合。此外，可看出具有至少一个配设的堤坝形的抬高部10的输入开口9的位置以及排出开口13(在这种情况中也具有配设的堤坝形的抬高部10)的位置。

图4与图2中的图示相似地，以三维视图示出了上部件3的俯视图，其中，如也可在图2中看出的那样，冷却通道8的部分区域由上部件3形成。

图5以三维视图示出了上部件2的指向下部件3的方向的下侧。除了对应的接合面14、15，可看出，在上部件2的冷却通道8的部分区域中，同样形成上部件2的堤坝形的抬高部10(例如在输入开口9的区域中)。在这种情况中，至少一个堤坝形的抬高部10不是布置在开口旁边，而是位于开口(输入开口9和/或排出开口13)的横截面的延长部中，从而堤坝形的抬高部10在上部件2的冷却通道8的部分区域中用作射流分配器。借助于该射流分配器，可分配尤其是通过至少一个输入开口9喷入的油射流，并且以相同或不同的份额沿冷却通道8的两个方向分配。

此外，在图5中还示出，横向于冷却通道8生成的堤坝形的抬高部10在抬高部10和冷却通道8的壁之间的过渡部上、尤其是在冷却通道8的顶部区域中具有至少一个凹部16、优选地多个凹部。由此实现，在冷却通道8中循环的冷却油的一部分在那里始终能无障碍地循环通过堤坝形的抬高部10。

最后图6示出了活塞1的内部几何结构11，在其中，以上描述的部件2、3已经接合在一起。在这种情况中可看出，在上部件2上的排出开口9的区域中，在排出开口9的横截面区域中向下观察，设有用作射流分配器的堤坝形的抬高部10。虽然不可见，但是在下部件3的部分区域中，在输入开口9旁边(必要时也在排出开口13旁边)分别存在至少一个堤坝形的抬高部10。

在下部件3和/或上部件2中的所示出的堤坝形的抬高部10的定向是示例性的并且优选地径向地从活塞冲程轴线出发延伸出来。显然也可设想与此不同的其它径向定向。

附图标记列表：

1活塞

2上部件

3下部件

4环区

5活塞裙

6活塞销孔

7接合平面

8冷却通道

9输入开口

10堤坝形的抬高部

11内部几何结构(内侧)

12进入轮廓

13排出开口

14外部的接合面

15内部的接合面

16凹部

Claims (7)

1.一种内燃机的活塞(1)，所述活塞包括接合在一起的上部件(2)和下部件(3)，其中，设有冷却通道(8)，所述冷却通道具有用于冷却介质的至少一个输入开口(9)和/或至少一个排出开口(13)，其特征在于，不仅通过下部的冷却通道区域的完成锻造的轮廓在输入开口(9)和/或排出开口(13)的区域中形成堤坝形的抬高部(10)，而且通过预锻造在活塞(1)的内侧(11)上形成输入开口(9)和/或排出开口(13)的进入轮廓(12)。

2.如权利要求1所述的活塞(1)，其特征在于，在输入开口(9)上的预锻造部构成为漏斗形的。

3.如权利要求1或2所述的活塞(1)，其特征在于，在排出开口(13)上的预锻造部构成为柱形的。

4.如权利要求1、2或3所述的活塞(1)，其特征在于，在制造下部件(3)之后，在锻造期间，形成堤坝部作为堤坝形的抬高部(10)，该堤坝部在冷却通道(8)的宽度上延伸。

5.如权利要求4所述的活塞(1)，其特征在于，所述堤坝形的抬高部(10)的高度达到冷却通道(8)的总高度的20％至80％、优选地30％至70％。

6.如上述权利要求中任一项所述的活塞(1)，其特征在于，横向于冷却通道(8)生成的堤坝形的抬高部(10)在抬高部(10)和冷却通道(8)的壁之间的过渡部上具有至少一个凹部(16)、优选地具有多个凹部。

7.如上述权利要求中任一项所述的活塞(1)，其特征在于，在输入开口(9)的区域中锻造V形的元件作为堤坝形的抬高部(10)，该V形的元件伸入冷却通道(8)中。