CN202789179U - 内燃机活塞的冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种内燃机活塞的冷却系统，其包括：一活塞，具有一活塞壳体并形成一活塞腔；一连杆，其包括活塞端部，曲轴端部，和延伸于活塞端部和曲轴端部之间的主体部，活塞端部可操作地容纳于活塞的活塞腔：一设置在连杆内的冷却通道，以将冷却流体从曲轴端部传送到活塞端部，其中冷却流体从冷却通道导引进入活塞腔，以从活塞带走热量，从而冷却所述活塞；一曲轴，所述曲轴包括一通道，以将冷却流体传到连杆，和一流体出口，其设置在活塞壳体上并且与活塞腔连通，从而位于活塞腔的冷却流体通过流体出口导引离开活塞腔。

Description

内燃机活塞的冷却系统

技术领域

本实用新型涉及一种冷却系统，特别涉及一种供内燃机使用的冷却系统，以在活塞工作时，通过冷却流体的循环流动带走所述活塞装置的热量。 

背景技术

现在的内燃机需要在越来越高的温度下进行爆炸燃烧做功，主要原因如下： 

首先，国际上对内燃机的排放标准要求越来越严格。内燃机必须以最大限度地减少污染物的排放，这就需要内燃机里的燃烧非常充分。明显地，这就要求燃烧须在更高的温度下进行。 

内燃机需要在高温工作的第二个原因是，生产商总是试图提高发动机的性能增益，减少发动机容量而又要保持其功率和效率不会降低。 

内燃机的生产商们在过去曾尝试通过重量轻的合金如铝合金来制造发动机活塞。然而，铝合金的缺点是因铝合金比较低的熔点温度而不能承受太高的温度。换句话说铝合金制造的活塞在无有效的冷却方法下已不能满足目前越来越高的温度要求。 

为了解决这个问题，内燃机的生产商制造了钢顶铝裙组合活塞，但是由于钢同铝的不同膨胀率而导致这种活塞非常难制作且价格昂贵，全钢活塞又因重量过重对内燃机的性能和效率有不利影响。 

继续使用轻合金活塞如铝合金活塞时，就必须有一个有效的冷却系统对活塞顶部进行冷却。否则，发动机会因绝热而使活塞非常迅速的地达到熔化温度。 

发明内容

本实用新型的优点在于，提供一种内燃机活塞的冷却系统，以供所有利用活塞交替运动下作的内燃机使用，以在所述活塞工作时，通过冷却流体的循环流动带走所述活塞的热量。 

本实用新型的另一优点在于，提供一种内燃机活塞的冷却系统，实现所述活 塞在工作过程中的冷却，从而使采用轻量合金如铝合金材料制作的活塞满足内燃机在更高温度下爆炸燃烧做功的要求，降低了活塞的制作难度及成本。 

本实用新型的另一优点在于，提供一种内燃机活塞的冷却系统，所述冷却系统能够实现所述活塞的冷却，从而在较高温度工作下燃烧更充分，降低所述内燃机的废物排放。 

本实用新型的另一优点在于，提供一种内燃机活塞的冷却系统，所述冷却能够实现所述活塞的冷却。从而所述内燃机的高度尺寸可以最大限度地降低，同时没有过热的问题。 

本实用新型的另一优点在于，提供一种内燃机活塞的冷却系统，通过冷却流体的循环流动，增强连接活塞的连杆头部润滑，提高内燃机的性能。 

因此，本实用新型提供一种冷却系统，以供一内燃机活塞装置使用，所述冷却系统包括： 

一活塞，所述活塞可运动地支撑于所述内燃机内部，并且所述活塞包括一活塞壳体并在所述活塞壳体中形成一活塞腔； 

一连杆，所述连杆包括一活塞端部，一曲轴端部，和一主体部，所述活塞端部可操作地容纳于所述活塞的所述活塞腔，所述主体部延伸于所述活塞端部和所述曲轴端部之间： 

一曲轴，所述曲轴连接于所述连杆的所述曲轴端部； 

一设置在所述连杆内的冷却通道，以将一预定量的冷却流体从所述曲轴端部传送到所述活塞端部，其中所述冷却流体从所述冷却通道导引进入所述活塞腔，其中所述冷却流体用来从所述活塞带走一预定量的热量，从而冷却所述活塞；和 

一流体出口，所述流体出口设置在所述活塞壳体上并且与所述活塞腔连通，其中位于所述活塞腔的所述冷却流体通过所述流体出口导引离开所述活塞腔。 

根据本发明的一个实施例，所述曲轴具有一通道，所述冷却流体从所述曲轴通道进入所述冷却通道。 

根据本发明的一个实施例，所述活塞壳体包括一活塞顶冠，所述活塞形成一头帽，所述头帽位于所述活塞壳体内，并且所述头帽向下地整体从所述活塞壳体的所述活塞顶冠延伸进入所述活塞腔，其中所述头帽的截面为波形，以在所述头帽的所述下表面内形成一对应的容腔。 

根据本发明的一个实施例，所述活塞还具有一环形冷却腔，所述环形冷却腔 位于所述活塞顶冠下面，所述环形冷却腔与所述容腔相连通。 

根据本发明的一个实施例，所述连杆的所述活塞端部具有至少一流体分流槽，所述环形冷却腔与所述容腔通过所述流体分流槽相连通。 

根据本发明的一个实施例，所述活塞还包括两限位锁环，所述两限位锁环对接以形成一个整环，其中所述活塞端部以三明治方式被夹在所述限位锁环和所述头帽之间，从而所述活塞端部得以稳固地安装于所述活塞腔内。 

根据本发明的一个实施例，每所述限位锁环具有一弧形接触面，以与所述连杆的所述活塞端部的所述下表面相适应。 

根据本发明的一个实施例，每所述限位锁环还包括形成于所述弧形接触面上的传送通道，从而通过所述传送通道导引所述冷却流体离开所述容腔进入所述环形冷却腔。 

根据本发明的一个实施例，每所述限位锁环外表面上部分还具有设置在其上的一个循环槽和至少一竖直槽，所述竖直槽与所述环形冷却腔连通，从而使所述冷却流体通过所述竖直槽流到所述循环槽。 

根据本发明的一个实施例，所述活塞壳体还具有至少一流体通道，其中所述流体通道与所述限位锁环的循环槽位置分别对应排列，从而所述冷却流体得以从所述流体通道离开流向所述活塞外表面。 

根据本发明的一个实施例，所述活塞还包括一压缩环，一密封环，和位于活塞裙部下半部上的油环，以保证所述活塞裙部在汽缸内的合适位置。 

根据本发明的一个实施例，所述活塞在油环槽上表面具有至少一通孔，以允许活塞裙部外表面的冷却流体进入所述活塞腔内。 

根据本发明的一个实施例，所述冷却系统的冷却通道沿纵向延伸于所述连杆内，并且排列成用来将所述冷却流体从所述曲轴传送到所述活塞壳体的所述活塞腔。 

根据本发明的一个实施例，所述冷却系统还包括一止逆阀，所述止逆阀设置在所述连杆的所述活塞端部，并且所述止逆阀与所述冷却通道相连通，从而避免所述冷却流体从所述容腔逆流回所述冷却通道。 

附图说明

图1为根据本实用新型的一优选实施例的一冷却系统的截面图。 

图2为根据本实用新型上述优选实施例的冷却系统的连杆碗形活塞端部的俯视图。 

图3为根据本实用新型上述优选实施例的冷却系统的限位锁环的正视图。 

图4为根据本实用新型上述优选实施例的冷却系统的限位锁环俯视图。 

图5为根据本实用新型上述优选实施例的冷却系统的限位锁环的后视图。 

图6为根据本实用新型上述优选实施例的冷却系统的冷却流体的流向示意图。 

具体实施方式

如图1至图6所示为根据本实用新型的一优选实施例的一冷却系统，以用于冷却一内燃机活塞装置，其中所述冷却系统包括一活塞10。所述活塞10可运动地支撑设置于所述内燃机内，并且所述活塞10包括一活塞壳体11，所述活塞壳体11内形成一活塞腔12。所述冷却系统包括一连杆20，所述连杆20具有一活塞端部21，一曲轴端部22，和一主体部23，所述活塞端部21可操作地容纳于所述活塞10的所述活塞腔12，所述主体部23延伸于所述活塞端部21和所述曲轴端部22之间。 

所述冷却系统还包括一曲轴30，连接于所述连杆20的所述曲轴端部22。所述曲轴30具有通道31，所述曲轴30位于曲轴箱里，曲轴箱储存冷却流体。 

所述冷却系统包括一冷却通道41和流体出口42及112，以供在所述活塞10工作时，冷却所述活塞10。 

更具体地，所述冷却通道41设置于所述连杆20内，以将一预定量的冷却流体从所述曲轴端部22传送到所述活塞端部21，其中所述冷却流体从所述曲轴30的所述通道31流入所述冷却通道41，从而经由所述冷却通道41导引进入所述活塞腔12，通过与活塞腔12相连通的所述流体出口42及设置在所述活塞壳体11上并且与所述活塞腔12连通的流体出口112，所述冷却流体导引离开所述活塞腔12，所述活塞10产生的热，由所述冷却流体带走，其中所述冷却流体用来从所述活塞10带走一预定量的热量，从而在内燃机工作时将所述活塞装置有效地冷却。 

根据本实用新型的优选实施例，所述活塞10进一步包括一头帽13，所述头帽13形成于所述活塞壳体11内，所述活塞壳体11具有一活塞顶冠111，所述 头帽13向下地整体从所述活塞壳体11的所述活塞顶冠111延伸进入所述活塞腔12，其中所述头帽13的截面为波形或其他形状，以在所述头帽13的下表面形成一对应的容腔14。值得一提的是，所述连杆20的所述活塞端部21具有一弧形截面以对应所述头帽13的截面形状，所述连杆20的所述活塞端部21可操作地连接于所述活塞10的所述头帽13。 

如图2所示，所述连杆20还具有多个流体分流槽212，所述多个流体分流槽212相互有间隔地形成于所述连杆20的所述活塞端部21上，其中所述冷却流体被导引进入所述多个流体分流槽212。值得一提的是，每所述流体分流槽212具有一弧形截面。 

所述活塞10还具有一环形冷却腔121，所述环形冷却腔121位于所述活塞顶冠111下面。所述环形冷却腔121与所述容腔14通过所述多个流体分流槽212相连通。从而当所述冷却流体从所述容腔14进入所述环形冷却腔121时，所述冷却流体冷却所述活塞顶冠111。值得一提的是，所述环形冷却腔121还提供足够的空间，以供所述活塞端部21在其中自由活动。 

也就是说，在所述连杆20的所述活塞端部21和所述头帽13之间形成冷却室，所述冷却流体被导引进入所述冷却室以冷却所述头帽13，并且对所述活塞10和所述连杆20的机械运动提供润滑，然后所述冷却流体通过多个所述流体分流槽212进入所述环形冷却腔121，对所述活塞10顶部进行循环冷却。 

为了在所述活塞腔12内支撑所述连杆20，所述活塞10还包括多个限位锁环15，所述多个限位锁环15组合装配于所述活塞腔12内，并位于所述连杆20的所述活塞端部21下部，其中所述活塞端部21以三明治方式被夹在所述限位锁环15和所述头帽13之间，从而所述活塞端部21得以稳固地安装于所述活塞腔12内。 

在本优选实施例中，所述活塞10包括两限位锁环15，对接可形成一个整环，其通过环上螺纹装在活塞10内。所述两限位锁环15用螺钉150定位于所述活塞10中，从而使所述连杆20与所述活塞10稳固地连接。值得一提的是，每所述限位锁环15具有一弧形接触面151，以与所述连杆20的所述活塞端部21的下表面相一致。 

另外，如图3和图4所示，每所述限位锁环15还包括形成于弧形接触面151内的传送通道152，从而通过所述传送通道152导引所述环形冷却腔121内的所 述冷却流体离开所述活塞壳体11，回到所述曲轴箱。同时，对所述活塞端部21和所述限位锁环15表面进行润滑。并且，所述冷却流体溅到所述活塞10的裙缘的内表面上，从而进一步利于所述活塞装置的冷却。 

每所述限位锁环15外表面上部分还具有设置在其上的一个循环槽153和多个竖直槽154，所述竖直槽154与所述活塞腔121连通，从而使所述冷却流体可通过所述竖直槽154流到所述循环槽153。 

所述活塞壳体11还具有多个流体通道112，其中所述多个流体通道112与所述限位锁环15的循环槽153位置分别对应排列，从而所述冷却流体可以从所述流体通道112离开所述活塞壳体11。从而润滑和冷却活塞外裙部。 

另外，每所述限位锁环15还在外侧下部具有多个竖直孔155，以允许排出多余的冷却流体。 

所述活塞10还包括一压缩环113，一密封环114，和位于活塞裙部下半部上的油环115，以保证所述活塞裙部在汽缸内的合适位置。所述活塞10在所述油环槽上底面具有多个通孔116，以允许活塞裙部外表面的冷却流体进入所述活塞10内，从而通过所述冷却流体的循环流动保证较佳的冷却和润滑作用。 

因为所述活塞10没有传统的活塞销，活塞任一角度方向上的线性膨胀都是一样的，因此活塞裙部不像传统活塞一样，而是真正完美的圆形。 

因为所述连杆20的活塞端部21不是管状，没有活塞销，因此所述活塞10所述活塞头帽13位置可以低过所述连杆活塞端部21凹面圆心的位置，从而在同样行程条件下，发动机的长度可以降低。 

所述连杆20内部包含纵向冷却通道41，一端通向活塞端部21，一端通向曲轴端部22，在一定的压力下，允许冷却流体从曲轴30内的通道31沿纵向通道41流向活塞10的容腔14。因为所述冷却流体流经所述通道41，所以所述连杆20也被所述冷却流体所冷却。 

所述冷却系统40还包括一止逆阀43，所述止逆阀43设置在所述连杆20的所述活塞端部21中心，纵向的所述冷却通道41端部，并且所述止逆阀43与所述冷却通道41相连通，从而避免所述冷却流体从所述容腔14逆流回所述冷却通道41。 

值得一提的是，若活塞顶部有气门槽，一种防止活塞10旋转限位装置可加入此系统。所述活塞10的限制导向装置，可以是由限位槽50和滑动导轨51， 或者是限位槽50和滚珠51，装配在所述连杆20的碗形所述活塞端部21及所述活塞头帽13的下凸面上。 

值得一提的是，所述冷却流体持续冷却通道41被导引进入所述容腔14及所述环形冷却腔121，再通过所述流体出口42及112导引离开所述活塞10最终返回所述曲轴箱，流动的冷却流体带走一定量的热量，从而使所述活塞10冷却，因此所述冷却流体在本实用新型中完成两个功能，即冷却和润滑。 

根据本实用新型的优选实施例，本实用新型的冷却系统的工作流程如图6所示如下： 

1)在外部泵的压力作用下，冷却流体从所述曲轴30的曲轴通道31进入所述连杆20的所述冷却通道41； 

2)所述冷却通道41内的冷却流体通过所述止逆阀43，到达所述连杆20的所述碗形活塞端部21，然后充满所述容腔14； 

3)冷却流体同时分配到所述连杆20的碗形活塞端部21与所述活塞头帽13之间，并通过所述碗形活塞端部21凹面上的分流槽212进入到所述环形冷却腔121： 

4)所述环形冷却腔121内冷却流体一部分通过所述限位锁环15凹面上的所述传送通道152流回所述曲轴箱；一部分流入所述限位锁环15外表面上的竖直槽154和循环槽153，并通过位于所述密封环114下面的多个所述流体通道112流向活塞外表面，冷却流体同时可经所述限位锁环15上的多个竖直孔155流向所述活塞裙部内表面； 

5)冷却流体从所述多个流体通道112流向所述活塞壳体裙部11外表面，然后，所述冷却流体进一步通过位于油环槽上表面油环115上面所述多个通孔116回到活塞10内，最终流回发动机的曲轴箱。 

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。 

由此可见，本实用新型之目的已经完整并有效的予以实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。所以，本实用新型包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。 

Claims (15)

1.一种内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括：

一活塞，所述活塞可运动地支撑于所述内燃机内部，并且所述活塞包括一活塞壳体并在所述活塞壳体中形成一活塞腔；

一连杆，所述连杆包括一活塞端部，一曲轴端部，和一主体部，所述活塞端部可操作地容纳于所述活塞的所述活塞腔，所述主体部延伸于所述活塞端部和所述曲轴端部之间；

一曲轴，所述曲轴连接于所述连杆的所述曲轴端部；

一设置在所述连杆的冷却通道，以将一预定量的冷却流体从所述曲轴端部传送到所述活塞端部，其中所述冷却流体从所述冷却通道导引进入所述活塞腔，其中所述冷却流体用来从所述活塞带走一预定量的热量，从而使冷却所述活塞；

一流体出口，所述流体出口设置在所述活塞壳体上并且与所述活塞腔连通，其中位于所述活塞腔的所述冷却流体通过所述流体出口导引离开。

2.如权利要求1所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述曲轴具有一通道，所述冷却流体从所述曲轴通道进入所述冷却通道。

3.如权利要求2所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述活塞壳体包括一活塞顶冠，所述活塞形成一头帽，所述头帽位于所述活塞壳体内，并且所述头帽向下地整体从所述活塞壳体的所述活塞顶冠延伸进入所述活塞腔，其中所述头帽的截面为波形，以在所述头帽的所述下表面内形成一对应的容腔。

4.如权利要求3所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述活塞还具有一环形冷却腔，所述环形冷却腔位于所述活塞顶冠下面，所述环形冷却腔与所述容腔相连通。

5.如权利要求4所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述活塞端部具有至少一流体分流槽，所述环形冷却腔与所述容腔通过所述流体分流槽相连通。 

6.如权利要求2所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述活塞还包括两限位锁环，所述两限位锁环对接以形成一个整环，其中所述活塞端部以三明治方式被夹在所述限位锁环和所述头帽之间，从而所述活塞端部得以稳固地安装于所述活塞腔内。

7.如权利要求5所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述活塞还包括两限位锁环，所述两限位锁环对接以形成一个整环，其中所述活塞端部以三明治方式被夹在所述限位锁环和所述头帽之间，从而所述活塞端部得以稳固地安装于所述活塞腔内。

8.如权利要求6或7所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，每所述限位锁环具有一弧形接触面，以与所述连杆的所述活塞端部的所述下表面相适应。

9.如权利要求8所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，每所述限位锁环还包括形成于所述弧形接触面上的传送通道，从而通过所述传送通道导引所述冷却流体离开所述容腔进入所述环形冷却腔。

10.如权利要求9所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，每所述限位锁环外表面上部分还具有设置在其上的一个循环槽和至少一竖直槽，所述竖直槽与所述环形冷却腔连通，从而使所述冷却流体通过所述竖直槽流到所述循环槽。

11.如权利要求10所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述活塞壳体还具有至少一流体通道，其中所述流体通道与所述限位锁环的循环槽位置分别对应排列，从而所述冷却流体得以从所述流体通道离开流向所述活塞外表面。

12.如权利要求1或11所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述活塞还包括一压缩环，一密封环，和位于活塞裙部下半部上的油环，以保证所述活塞裙部在汽缸内的合适位置。

13.如权利要求12所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述活塞在油 环槽上表面具有至少一通孔，以允许活塞裙部外表面的冷却流体进入所述活塞腔内。

14.如权利要求13所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统的冷却通道沿纵向延伸于所述连杆内，并且排列成用来将所述冷却流体从所述曲轴传送到所述活塞壳体的所述活塞腔。

15.如权利要求14所述的内燃机活塞的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括一止逆阀，所述止逆阀设置在所述连杆的所述活塞端部，并且所述止逆阀与所述冷却通道相连通，从而避免所述冷却流体从所述容腔逆流回所述冷却通道。 

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