CN114278455B - 具有分流式内冷流道的活塞 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种具有分流式内冷流道的活塞，活塞在轴向(A)上的一个端部(A1)向内凹进而形成燃烧室(C0)，活塞内形成有内冷流道(10)，内冷流道(10)的靠近端部(A1)的壁沿远离端部(A1)的方向凸出而形成环形的分流部(20)，分流部(20)将内冷流道(10)分为彼此连通的外半腔(11)和内半腔(12)，在轴向(A)上，分流部高度(h1)占流道高度(h2)的20％至75％。根据本申请的活塞结构简单且能为环槽和燃烧室提供均衡的冷却作用。
Description
技术领域
本申请涉及发动机领域，更具体地涉及一种用于发动机的具有分流式内冷流道的活塞。
背景技术
随着对机动车尾气排放的要求日益严苛，机动车综合工况燃油消耗量被期望低于某一限值，尤其在卡车领域更甚。
提升发动机的压缩比可以提升燃烧效率，从而达到节油和降低二氧化碳排放的目的。但是较大的压缩比通常需要活塞的燃烧室较小，这将导致活塞的内冷流道过宽，这对于内冷流道的某些关键部位的强度是不利的。
图1至图3示出了三种可能的活塞P的内冷流道10的示意图。内冷流道10能对位于其径向内侧的燃烧室和位于其径向外侧的环槽起到冷却作用。
在保持燃烧室尺寸较小的情况下，若减小内冷流道的宽度，则通常内冷流道将靠近燃烧室而远离活塞的外周壁，容易造成对喉口或环岸的冷却不足。
因此如何提供一种在内周侧和外周侧均起到高效冷却作用的内冷流道是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种具有分流式内冷流道的活塞。
本申请提供一种具有分流式内冷流道的活塞，所述活塞在轴向上的一个端部向内凹进而形成燃烧室，所述活塞内形成有环形的至少部分地环绕所述燃烧室的内冷流道，其中，
所述内冷流道在所述轴向上靠近所述端部的壁沿远离所述端部的方向部分地凸出而形成环形的分流部，所述分流部将所述内冷流道分为彼此连通的外半腔和内半腔，所述外半腔位于所述分流部的外周侧，所述内半腔位于所述分流部的内周侧，
在所述轴向上，从所述内冷流道的最靠近所述端部的腔顶部到所述分流部的远离所述端部的悬出端之间的距离形成分流部高度，从所述腔顶部到所述内冷流道的最远离所述端部的腔底部之间的距离形成流道高度，所述分流部高度占所述流道高度的20％至75％。
在至少一个实施方式中，所述分流部高度与所述流道高度的比值大于或者等于50％。
在至少一个实施方式中，在所述轴向上越朝所述端部去，所述分流部在所述活塞的径向上的厚度越大。
在至少一个实施方式中，在所述轴向上越朝所述端部去，
所述分流部的朝向所述外半腔的外侧壁越向外周侧倾斜，和/或
所述分流部的朝向所述内半腔的内侧壁越向内周侧倾斜。
在至少一个实施方式中，所述外侧壁至少部分地属于第一虚拟圆锥面的一部分，所述第一虚拟圆锥面的母线与所述轴向之间的夹角为10°至30°。
在至少一个实施方式中，所述内侧壁至少部分地属于第二虚拟圆锥面的一部分，所述第二虚拟圆锥面的母线与所述轴向之间的夹角为10°至30°。
在至少一个实施方式中，在所述活塞的径向上，从所述分流部的在所述轴向上远离所述端部的悬出端到所述外半腔的位于径向最外侧的壁之间的距离形成外半腔宽度，从所述悬出端到所述内半腔的位于径向最内侧的壁之间的距离形成内半腔宽度，所述外半腔宽度与所述内半腔宽度的比值不小于0.5且不大于2。
在至少一个实施方式中，所述内冷流道的在所述轴向上远离所述端部的腔底部不向所述分流部凸出。
在至少一个实施方式中，所述活塞包括活塞第一部分和活塞第二部分，所述分流部位于所述活塞第二部分，
所述活塞第一部分和所述活塞第二部分用于拼接在一起而形成所述活塞，所述活塞第二部分的用于与所述活塞第一部分相拼接的两个面分别位于所述分流部的内周侧和外周侧。
在至少一个实施方式中，所述分流部通过机加工形成。
根据本申请的具有分流式内冷流道的活塞结构简单且能为环槽和燃烧室提供均衡的冷却作用。
附图说明
图1至图3是三种可能的设置有内冷流道的活塞的沿轴向的剖视图的一部分。
图4和图5是根据本申请的一个实施方式的具有分流式内冷流道的活塞的沿轴向剖开的示意图的一部分。
图6是根据本申请的另一个实施方式的具有分流式内冷流道的活塞的沿轴向剖开的示意图的一部分。
图7是根据本申请的又一个实施方式的具有分流式内冷流道的活塞的沿轴向剖开的示意图的一部分。
附图标记说明：
P活塞；P1活塞第一部分；P2活塞第二部分；
10内冷流道；101腔顶部；102腔底部；103外周壁；104内周壁；
11外半腔；12内半腔；
20分流部；21外侧壁；22内侧壁；201悬出端；
C0燃烧室；C1、C2、C3环槽；
W1外半腔宽度；W2内半腔宽度；
h1分流部高度；h2流道高度；
A轴向；R径向。
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。
参照图4至图7介绍根据本申请的具有分流式内冷流道的活塞。除非特别说明，参照图5，A表示活塞的轴向，R表示活塞的径向。且本申请以图4至图7所示的上下关系来说明各部件的位置关系，应当理解，本申请中各部件的上下位置关系是相对的，根据装置的实际应用场合，位置坐标可进行空间旋转。
参照图4，根据本申请的活塞在轴向上的一个端部A1在轴向A上凹进而形成燃烧室C0，燃烧室C0的外周侧形成有内冷流道10，内冷流道10是活塞内部的环形空腔。在轴向A上，内冷流道10至少部分地与燃烧室C0重叠，还至少部分地与至少一个环槽(环槽C1、环槽C2和环槽C3中的至少一个)重叠。内冷流道10的壁上具有至少一个入口和至少一个出口(图未示)，冷却液(例如机油)能从内冷流道10的入口进入、从出口流出，从而为内冷流道10提供流动的冷却液。
轴向A上，内冷流道10在靠近端部A1的壁沿远离端部A1的方向部分地凸出而形成环形的分流部20，分流部20将内冷流道10分为外半腔11和内半腔12，外半腔11位于分流部20的外周侧，内半腔12位于分流部20的内周侧。外半腔11和内半腔12在上部(靠近端部A1的部分)被分流部20间隔开，外半腔11和内半腔12在下部彼此连通。
由于分流部20将内冷流道10部分地分隔开，因此流入内冷流道10的冷却液会在内冷流道10内被分成两个流向不同的液流。
图5中的单向箭头示出了冷却液在分流部20附近的流动方向。例如，内冷流道10的入口位于其在轴向A上远离端部A1的腔底部102，从入口流入内冷流道10的冷却液在到达分流部20时，将分成两个液流。其中，一个液流流至外半腔11，并可以继续向内冷流道10的外周壁103流动，在图5中形成逆时针方向的旋涡，以给环槽降温；另一个液流流至内半腔12，并可以向内冷流道10的内周壁104流动，在图5中形成顺时针方向的旋涡，以给燃烧室C0降温。
为实现较佳的导流效果，以下介绍内冷流道10和分流部20的尺寸关系。
参照图5，在轴向A上，从内冷流道10的最靠近端部A1的上壁，即腔顶部101，到分流部20的远离端部A1的悬出端201之间的距离形成分流部高度h1，从腔顶部101到内冷流道10的最远离端部A1的下壁，即腔底部102，之间的距离形成流道高度h2。优选地，分流部高度h1占流道高度h2的20％至75％，即20％≤h1/h2≤75％。更优选地，分流部高度h1与流道高度h2的比值大于或者等于50％，即h1/h2≥50％。
在轴向A上越朝端部A1去，分流部20在活塞的径向R上的厚度越大。且优选地，在轴向A上越朝端部A1去，分流部20的朝向外半腔11的外侧壁21越向外周侧倾斜，分流部20的朝向内半腔12的内侧壁22越向内周侧倾斜。
优选地，外侧壁21至少部分地属于第一虚拟圆锥面的一部分，第一虚拟圆锥面的母线与轴向A之间的夹角α为10°至30°；内侧壁22至少部分地属于第二虚拟圆锥面的一部分，第二虚拟圆锥面的母线与轴向A之间的夹角β为10°至30°。
根据活塞及活塞上的燃烧室C0和环槽的具体尺寸，可以适应性地调整夹角α和夹角β的大小，从而调整冷却液的流向，使冷却液根据设计需要在特定位置保持较长时间的停留、以增强相应位置的冷却效果。
在活塞的径向R上，从分流部20的在轴向A上远离端部A1的悬出端201到外半腔11的位于径向最外侧的壁，即外周壁103，之间的距离形成外半腔宽度W1，从悬出端201到内半腔12的位于径向最内侧的壁，即内周壁104，之间的距离形成内半腔宽度W2。优选地，外半腔宽度W1与内半腔宽度W2的比值不小于0.5且不大于2，即0.5≤W1/W2≤2。
根据活塞及活塞上的燃烧室C0和环槽的具体尺寸，可以适应性地调整外半腔宽度W1与内半腔宽度W2的比值，从而给外半腔11和内半腔12分配不同的冷却液的量和流速，以平衡对环槽和对燃烧室C0的冷却效果。
优选地，在轴向A上，内冷流道10的腔底部102不向分流部20凸出。
值得说明的是，由于增加分流部20的同时也增加了内冷流道10的壁的面积，即增加了内冷流道10的散热面积，因此从这方面考虑分流部20也起到了提高散热效率的作用。
回到图4，接下来介绍根据本申请的活塞的制作方法。
为了方便内冷流道10的形成，或者说是为方便分流部20的形成，活塞包括两个拼接的部分，即活塞第一部分P1和活塞第二部分P2，分流部20位于活塞第二部分P2。
活塞第二部分P2呈环形，其具有两个与活塞第一部分P1相拼接的面，即拼接面a1和拼接面a2，拼接面a1位于分流部20的内周侧，拼接面a2位于分流部20的外周侧。
具体地，在图4所示的实施方式中，拼接面a1位于内半腔12的内周侧，拼接面a2位于外半腔11的靠近端部A1的上部。
分流部20可以通过机加工活塞第二部分P2而形成。
优选地，活塞第一部分P1和活塞第二部分P2通过焊接工艺连接在一起，例如使用摩擦焊或者激光焊将拼接面a1和拼接面a2分别和与之相对的在活塞第一部分P1上的面焊接在一起。
应当理解，在满足分流部20位于活塞第二部分P2的基础上，本申请对活塞第二部分P2的拼接面a1和拼接面a2的具体位置不作限制。
例如，参照图6，拼接面a2也可以位于外半腔11的外周侧。
应当理解，在其它可能的实施方式中，拼接面a1也可以位于内半腔12的靠近端部A1的上部。
应当理解，本申请对内冷流道10的外周壁103和内周壁104的具体形状不作限制。
例如，参照图7，外周壁103也可以部分地向径向内侧凸出、而使外半腔11在沿轴向A的剖面上形成大致腰形，以例如引导冷却液在外半腔11的靠近端部A1的区域有更长时间的停留。
应当理解，在其它可能的实施方式中，内周壁104也可以部分地向径向外侧凸出、而使内半腔12在沿轴向A的剖面上形成大致腰形(参考图3)。
本申请至少具有以下优点中的一个优点：
(i)根据本申请的活塞的内冷流道10具有调节冷却液流向的作用，在内冷流道10内形成至少两个不同方向的旋涡，从而按需要将冷却液分配至靠近环槽的外半腔11和靠近燃烧室C0的内半腔12，以平衡对环槽和燃烧室C0的冷却作用。
(ii)根据本申请的活塞的内冷流道10的宽度合理，可以提供充分的冷却效果，同时，分流部20的设置可以保证活塞的强度不变差。
(iii)根据本申请的活塞结构简单，制作方便。
当然，本申请不限于上述实施方式，本领域技术人员在本申请的教导下可以对本申请的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本申请的范围。
Claims (7)
1.一种具有分流式内冷流道的活塞，所述活塞在轴向(A)上的一个端部(A1)向内凹进而形成燃烧室(C0)，所述活塞内形成有环形的至少部分地环绕所述燃烧室(C0)的内冷流道(10)，其特征在于，所述内冷流道(10)在所述轴向(A)上靠近所述端部(A1)的壁沿远离所述端部(A1)的方向部分地凸出而形成环形的分流部(20)，所述分流部(20)将所述内冷流道(10)分为彼此连通的外半腔(11)和内半腔(12)，所述外半腔(11)位于所述分流部(20)的外周侧，所述内半腔(12)位于所述分流部(20)的内周侧，在所述轴向(A)上，从所述内冷流道(10)的最靠近所述端部(A1)的腔顶部(101)到所述分流部(20)的远离所述端部(A1)的悬出端(201)之间的距离形成分流部高度(h1)，从所述腔顶部(101)到所述内冷流道(10)的最远离所述端部(A1)的腔底部(102)之间的距离形成流道高度(h2)，所述分流部高度(h1)占所述流道高度(h2)的20％至75％；在所述分流部的两侧能够形成旋转方向相反的两股旋涡，在所述轴向(A)上越朝所述端部(A1)去，所述分流部的朝向所述外半腔(11)的外侧壁(21)越向外周侧倾斜，所述外侧壁(21)至少部分地属于第一虚拟圆锥面的一部分，所述第一虚拟圆锥面的母线与所述轴向(A)之间的夹角(α)为10°至30°，和/或所述分流部(20)的朝向所述内半腔(12)的内侧壁(22)越向内周侧倾斜，所述内侧壁(22)至少部分地属于第二虚拟圆锥面的一部分，所述第二虚拟圆锥面的母线与所述轴向(A)之间的夹角(β)为10°至30°；所述内冷流道(10)的外周壁(103)部分地向径向(R)内侧凸出形成凸出部分，凸出部分远离所述外周壁(103)的一端与所述腔底部(102)间隔第一距离，所述分流部(20)的远离所述端部(A1)的所述悬出端(201)与所述腔底部(102)间隔第二距离，所述第一距离大于所述第二距离，所述凸出部分和所述分流部(20)构造成引导冷却液停留在外半腔(11)的靠近端部(A1)的区域中。
2.根据权利要求1所述的具有分流式内冷流道的活塞，其特征在于，所述分流部高度(h1)与所述流道高度(h2)的比值大于或者等于50％。
3.根据权利要求1所述的具有分流式内冷流道的活塞，其特征在于，在所述轴向(A)上越朝所述端部(A1)去，所述分流部(20)在所述活塞的径向(R)上的厚度越大。
4.根据权利要求1所述的具有分流式内冷流道的活塞，其特征在于，在所述活塞的径向(R)上，从所述分流部(20)的在所述轴向(A)上远离所述端部(A1)的悬出端(201)到所述外半腔(11)的位于径向最外侧的壁之间的距离形成外半腔宽度(W1)，从所述悬出端(201)到所述内半腔(12)的位于径向最内侧的壁之间的距离形成内半腔宽度(W2)，所述外半腔宽度(W1)与所述内半腔宽度(W2)的比值不小于0.5且不大于2。
5.根据权利要求1所述的具有分流式内冷流道的活塞，其特征在于，所述内冷流道(10)的在所述轴向(A)上远离所述端部(A1)的腔底部(102)不向所述分流部(20)凸出。
6.根据权利要求1所述的具有分流式内冷流道的活塞，其特征在于，所述活塞包括活塞第一部分(P1)和活塞第二部分(P2)，所述分流部(20)位于所述活塞第二部分(P2)，
所述活塞第一部分(P1)和所述活塞第二部分(P2)用于拼接在一起而形成所述活塞，所述活塞第二部分(P2)的用于与所述活塞第一部分(P1)相拼接的两个面分别位于所述分流部(20)的内周侧和外周侧。
7.根据权利要求6所述的具有分流式内冷流道的活塞，其特征在于，所述分流部(20)通过机加工形成。
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