CN1735763A - 具有敞开基底的整体活塞 - Google Patents

Abstract

一种整体活塞组件具有至少两个部件，所述部件固定地接合起来以形成具有一冷却油沟的活塞本体。该冷却油沟是由一上壁、一下壁和一对径向间隔开来的环形内、外壁限定的。一个裙部与两部件中的至少一个形成整体并用与其相同的材料形成，基本沿纵轴线从下壁悬垂。一对销毂从纵轴线横向间隔开来，并基本从下壁悬垂。至少一个长开口基本在销毂之间延伸，所述开口最好跨越销毂之间的大部分距离。油通过开口流入、流出冷却油沟。

Description

具有敞开基底的整体活塞

技术领域

本发明一般涉及用于柴油机的整体活塞，更具体来说，涉及整体活塞内的冷却油沟。

背景技术

在柴油机应用场合中，一般采用所谓的整体活塞组件或铰接活塞组件。铰接活塞具有一个活塞头部，活塞头部带有一个在活塞冲程中相对于活塞头部自由枢转的单独的裙部，而整体活塞具有一个活塞头部，活塞头部与一裙部结合为整体，因而裙部相对于头部不可活动。由于柴油机应用中产生的严重的热量，不管是否采用铰接或整体结构，在活塞头部中一般都设置冷却油沟，以便冷却活塞头部。

在铰接活塞结构中，冷却油沟一般设有“敞开底部”结构。敞开底部结构的优点在于，在活塞冲程中油自由地从掠过的角度范围进入冷却油沟。这使油可触及油沟的各部分，从而提高对活塞头部的冷却效果。因此，采用敞开底部的油沟时，负责将油喷向油沟的喷油定向并不是严重关切的问题。一般来说，将喷油布置成相对于活塞组件纵轴线成一个角度，以便形成指向或进入油沟的油的掠过角度范围或油的形成图案。

与具有敞开底部的油沟的铰接活塞形成对照，整体结构一般具有一个底壁，整体的裙部从底壁悬垂，其中底壁基本围住油沟。底壁提供抑制整体裙部的可能降低活塞组件使用寿命的不合需要的挠曲。为了提供进、出基本封闭的油沟的油流，一般在底壁上设置基本呈圆形的开口。由于设有基本呈圆形的开口，喷油的定向必须被引导，从而使油最好在活塞的整个冲程中能够进入油沟。这就要求将喷油基本定向成垂直的，或平行于活塞的纵轴线，从而使油直接射入底壁上的基本呈圆形的开口中。

由于上述两种不同的油沟结构，特别是与向油沟中喷油有关，两种不同的结构基本上是彼此不相容的。因此，在保养维护中必须用铰接活塞更换铰接活塞，以及用整体活塞更换整体活塞。如果用具有上述结构的铰接活塞与具有上述结构的整体活塞互换，那么就会导致进入整体活塞的油沟的油流不充分。这是由于两种不同结构的喷油布置造成的。在铰接活塞应用中采用的预先存在的倾斜喷油不能将油射入整体活塞的基本呈圆形的开口中，因而使整体活塞过热并卡在缸径中。另一方面，如果将铰接活塞装入整体活塞的应用场合中，那么由于具有垂向布置的喷油，就会丧失有利的油的扫掠图案。这也会导致降低铰接活塞组件的寿命。

发明内容

整体活塞组件设有至少一个基本在一对销毂之间延伸的长孔，该孔跨过销毂之间的距离的大部分，使油能够通过该孔流入、流出冷却油沟。整体活塞组件具有至少两个固定接合在一起的部件，从而形成沿着一纵轴线延伸的活塞本体。一个上壁由两部件中的至少一个构成，并且有一个上表面和一个下表面，在下表面上形成一个燃烧碗。一个由两个部件中的至少一个构成的下壁沿纵轴线与上壁间隔开来。所述一对销毂与纵轴线横向间隔开来，基本平行于纵轴线从下壁悬垂。一个裙部与两部件中的至少一个形成整体并用与其相同的材料形成，基本从下壁悬垂。两部件中的至少一个形成一环形外壁和一环形内壁。环形内壁从环形外壁径向向内间隔开来，使下壁和上壁接合环形内壁和环形外壁以限定同心地围绕纵轴线的冷却油沟。

本发明的一个优点是，整体活塞组件制有一冷却油沟，通过下壁上的一个开口以倾斜于活塞组件纵轴线的角度提供油流。

本发明的另一个优点是，整体活塞组件使油流从倾斜的油喷嘴在活塞的整体冲程中喷入及喷出油沟，同时保持裙部的刚度以提高活塞组件的使用寿命。

本发明的另一个优点是，整体活塞组件的一个优选结构可以与具有倾斜油喷嘴的柴油机互换。

本发明的另一个优点是，整体活塞组件的制造相对较为容易及经济。

上面例举的目的、特征和优点并不是一种全面的例举，本专业技术人员根据本说明书的全部公开内容显然可想到其它的目的、特征和优点。

附图说明

当结合下面的详细描述和附图来考虑时，可以更好地理解本发明的上述的和其它的特征和优点。

图1是本发明的整体活塞组件的推荐实施例的局部剖开的立体图；

图2的沿图1中箭头2的方向看去的与图1类似的视图；

图3是表示图1的整体活塞组件的底视图；

图4是本发明优选结构的整体活塞组件的替代实施例的底视图；

图5是一系列本发明推荐结构的整体活塞的等角投影图，表示在活塞组件的完整冲程循环过程中从倾斜油喷嘴喷射的油流的控制。

具体实施方式

在图1-3和5中，按照本发明构制的整体活塞组件的优选实施例总体标识为10。整体活塞组件10具有两个部件，此处表示为上冠部12和下冠部14，这两个部件固定地接合在一起，形成沿纵轴线18延伸的活塞本体16。在将上冠部12接合在下冠部14上时构成了一冷却油沟20。至少一个长开口，最好多个长开口22，24进入冷却油沟20，使油流入、流出冷却油沟20。长开口22，24使组件10可结合在内燃机应用场合中，所述内燃机应用场合具有垂直或倾斜的油喷嘴，使油直接引向或基本引向组件10的冷却油沟20。

如图1和2所示，上冠部12具有一个上燃烧壁26，该上燃烧壁最好具有从其延伸并分别终止于端部29，31的一环形内壁28和一环形外壁30。上燃烧壁26具有一个上表面32和一个下表面34。上表面32上构制有燃烧碗36。环形外壁30具有一个基本圆柱形外表面38，至少部分限定一环带40，该环带最好具有一对用于接纳活塞环(未画出)的环形槽42。如图3所示，环带40构制有一个尺寸，该尺寸这里标识直径A，以便在缸径(未画出)内形成沿纵轴线18的滑动配合。

下冠部14具有一个基本圆柱形环形外壁44，终止于端部46。端部46最好布置成固定地连接于上冠部12的环形外壁30的端部31。终止于端部49的一个环形内壁48最好从环形外壁44径向向内间隔开来。端部49最好布置成固定地连接于上冠部12的环形内壁28的端部29。下壁50将环形外壁44连接于环形内壁48。环形外壁44最好具有一个用于接纳密封件(未画出)的环形槽51，以便密封接合在缸径内。外壁44最好制有一个尺寸，这里为一个直径，基本类似于上冠部12的直径A，从而至少部分地限定环带40。

下冠部14具有一对从下壁50悬垂的销毂52。每个销毂52具有一个外表面54和一个用于接纳十字销(未画出)的开口56。裙部58最好形成整体并用与销毂相同的材料形成，从销毂52的外表面54径向向外延伸。

如图3和4所示，裙部58最好具有一对相反的壁60，62，每个壁各有一个外表面64，66。外表面64，66最好形成一个尺寸，这里为一直径，类似于环带40的直径A。每个壁60，62各有一个腿部68，70，将壁60，62连接于销毂52。

在装配中，上冠部12最好借助于摩擦焊接固定地连接于下冠部14。但是，应当认识到，也可以采用其它焊接技术及其它接合装置，例如，其它焊接法或铜焊法、粘合剂、螺栓等，以便将上冠部12连接在下冠部14上，这也属于本发明内。在使两部件彼此接合时，上冠部12的环形外壁30和下冠部14的环形外壁44在其各自的端部31，46彼此固定地接合起来。同时，上冠部12的环形内壁28和下冠部14的环形内壁在其各自的端部29，49彼此固定地接合起来。因此，冷却油沟20由上壁26、环形外壁30，44、环形内壁28，48和下壁50限定。

在裙壁60，62径向内侧，基本在销毂52之间，在下壁50内形成开口22，24。开口22，24在由裙部60，62和腿部68，70围住的区域内在销毂52之间延伸，并且不在下壁50的连接销毂52的区域内延伸。每个开口22，24分别具有肋72，74，肋72，74最好将每个开口22，24两等分成两个等尺寸的开口。

两等分开口22，24的肋72，74通过限制下冠部14的环形外壁44和裙部58的壁60，62的挠曲而提高裙部58的刚度。这是在重型柴油机应用中特别需要的，在重型柴油机应用场合中，在裙部58缸径之间一般有极大的负荷。同时，肋72，74可供给进入和流出开口22，24的充足的油流量。应当认识到，虽然图中一个肋72，74分别两等分每个开口22，24，但是，也可设置任意数目的肋，或者，可以不设肋以形成一对连续的开口，如图4所示的替代实施例中那样。

长开口22，24使油流进入油沟20，以相对于轴线18倾斜的角度喷向开口22，24，或者，垂直地喷向开口22，24。因此，整体活塞组件10可应用在油喷嘴相对于轴线18倾斜或垂直的场合中。因此，整体活塞组件10能够在整体活塞组件10在缸径(未画出)内的整个冲程中将来自相对于轴线18倾斜的油喷射器的油接受在油沟20内，如图5所示。

现在特别参阅图5，从该图可看出，按照本发明构制的整体活塞组件10能够在活塞10的很大部分上使来自相对于活塞10的轴线成一个角度固定的油喷嘴的从下面喷射的油被接受在冷却油沟内。通常，需要倾斜喷油的应用场合装有铰接式活塞，其具有在底部完全敞开的冷却油沟。本发明的整体活塞10改装有改进的冷却油沟22，24，使其能够用作原始设备，或者，改装在原来装有具有倾斜喷射嘴的铰接活塞的发动机上。大多数整体活塞具有比较小的圆形开口以接受由平行于活塞冲程轴线的喷嘴从下面供应的冷却油。这种整体活塞在油喷嘴是倾斜的情形中会发生冷却不足的现象，这是由于冷却油(在整个冲程中的两点上)进入小开口的机会很小。

活塞10冲程的各阶段表示在图5中。图示第一位置为0°曲柄角，活塞10位于其冲程的上死点。可以看出，从喷嘴供应的油流(由虚线箭头所示)来自下面，触及裙部58的内侧，在那里被偏转，至少部分地通过开口24进入油沟20，对活塞10暴露于燃烧热量的上部提供冷却。在90°曲柄角，油流触及肋74，并再次被偏转，至少部分地通过开口24进入油沟20。当活塞移至120°曲柄角的位置时，油流通过开口24直接射入冷却油沟20。这种直接射入持续至180°曲柄角，在该位置裙部58开始堵塞油的路径。该位置为活塞10的下死点，在该位置需要来自油的冷却最小，因而被裙部58的堵塞或部分堵塞对活塞的正常冷却并不构成问题。有利的是，这个位置为润滑活塞10的销毂创造了机会。当活塞10超过180°位置而趋向360°曲柄位置时(整转而返回上死点)，活塞取道图5所示的相反路径，因而发生相同的冷却循环，只是按照与上述0°-180°相反的顺序。

虽然长开口22，24跨越销毂52之间的大部分距离，但是，冷却油沟20的至少一部分被封闭，在该处销毂52从下壁50悬垂。因而油被瞬间保持在油沟20内，以便增强对整体活塞10、特别是在环带40区域内的冷却。

按照上述公开的技术内容，显然可对本发明进行许多修改和变化。因此，在权利要求书的范围内显然可以按照与上面的具体描述不同的方式来实施本发明。本发明是由权利要求书限定的。

Claims (18)

1.一种整体活塞组件，包括：

单独制成的活塞上、下冠部，它们被接合起来以形成一冷却油沟，该冷却油沟被一上壁、一对径向间隔开来的侧壁和一下壁界定；

一对与所述下冠部制成整体的销毂；

一个与所述下冠部制成整体的活塞裙部；以及

在所述下壁的在所述活塞组件的至少一侧上在所述销毂之间延伸的区域形成的至少一个油路槽缝，该油路槽缝的尺寸使所述冷却油沟在所述区域基本通至底部。

2.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述冷却油沟在所述销毂之间在所述活塞组件的相反侧基本通至底部。

3.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述冷却油沟在越过所述销毂延伸的区域中基本是封闭的。

4.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述活塞裙部在所述销毂之间延伸，所述至少一个油路在所述活塞裙部的径向内侧设置。

5.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述至少一个油路在活塞组件周向上的长度至少是所述至少一个油路在所述活塞径向上的宽度的两倍。

6.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述油路基本在所述销毂之间延伸。

7.如权利要求1所述的组件，其特征在于：包括至少一个在所述活塞组件径向延伸、将所述油路分成至少两个相邻部分的加强连结板。

8.如权利要求7所述的组件，其特征在于：所述加强连结板基本垂直于所述销毂的公共轴线。

9.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述油路呈弧形。

10.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述上、下冠部是由钢制成的。

11.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述下壁与所述活塞裙部制成整体。

12.如权利要求1所述的组件，其特征在于：在所述活塞组件的相对侧在所述销毂之间设有彼此平衡的所述油路。

13.如权利要求12所述的组件，其特征在于：所述相对的油路是对称的。

14.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述上、下冠部是通过焊接而被接合起来的。

15.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述上、下冠部是通过摩擦焊接而被接合起来的。

16.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述上冠部包括多个环槽和燃烧碗。

17.如权利要求16所述的组件，其特征在于：所述上冠部包括多个阀槽。

18.如权利要求1所述的组件，其特征在于：所述油路比所述活塞裙部不更远地延伸。

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