不具有封閉的冷卻室的、用于每個缸設(shè)有至少一個冷卻油噴嘴的內(nèi)燃機(jī)的活塞以及用于冷卻所述活塞的方法與流程

本發(fā)明涉及根據(jù)各獨(dú)立權(quán)利要求的相應(yīng)前序部分的特征所述的、不具有封閉的冷卻室的用于每個缸設(shè)有至少一個冷卻油噴嘴的內(nèi)燃機(jī)的活塞以及用于在運(yùn)行狀態(tài)下冷卻該活塞的方法。

用于制造活塞的方法是已知的?；钊缫藻懺旆椒?、以鑄造方法或其它類似的方法制造。

背景技術(shù)：

DE10106435A1涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞。該活塞包括活塞頭部和活塞裙部，該活塞裙部具有一對活塞銷座并且在所述活塞銷座的區(qū)域中縮進(jìn)地構(gòu)成，使得該活塞頭部在活塞銷座的區(qū)域中沿徑向方向凸出于縮進(jìn)的活塞裙部，其中，在由活塞裙部和活塞頭部限定的活塞內(nèi)腔中設(shè)置有包圍油射束沖擊區(qū)域的導(dǎo)油壁。設(shè)置有至少一個通道，所述通道以如下方式從活塞內(nèi)腔定向地延伸到從活塞頭部徑向凸出的活塞外部區(qū)域：通過通道導(dǎo)入的油在活塞頭部凸出部分的區(qū)域中從活塞頭部轉(zhuǎn)向。由此能夠通過大部分敞露的油流來冷卻活塞的靠近活塞環(huán)的周邊區(qū)域。導(dǎo)油面由活塞裙部的內(nèi)壁與活塞頭部的底側(cè)共同構(gòu)成，并且優(yōu)選包括一個從射束沖擊區(qū)域延伸到通道內(nèi)的溝槽區(qū)域。

在DE10106435A1中，油射束沖擊到活塞內(nèi)腔上，其中，該活塞內(nèi)腔具有用于形成油沖擊區(qū)域的導(dǎo)油壁。在此在該設(shè)計方案中，在內(nèi)腔中重點(diǎn)不是在于將熱盡可能最佳地傳遞到冷卻介質(zhì)上，而是在于使油最佳地從內(nèi)部區(qū)域流出。然而，在活塞內(nèi)腔的位于活塞頂部之間亦或位于活塞銷之間的區(qū)域中，預(yù)計會有最多的熱量產(chǎn)生或最大的待導(dǎo)出的熱量，從而在現(xiàn)有技術(shù)中重要的是：將冷卻介質(zhì)導(dǎo)入到內(nèi)成型部中以及在內(nèi)成型部的區(qū)域中優(yōu)化熱量傳遞。

迄今，通過借助高的材料投入和切削作業(yè)的折疊技術(shù)進(jìn)行封閉的或者至少基本上封閉的冷卻室的制造。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是，簡化活塞的制造、減少具有徑向冷卻室的活塞的成型程度或接合程度、改進(jìn)向冷卻介質(zhì)的熱傳遞以及提供一種用于冷卻所述活塞的方法。

該任務(wù)通過具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的活塞和方法解決。

根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，冷卻室朝著各銷座孔的方向敞開地構(gòu)成，即通常在活塞頂部下方、朝下指向地(朝著裙部下棱邊的方向)敞開。

通過這種設(shè)計結(jié)構(gòu)，省去了用于構(gòu)造封閉的冷卻通道和/或冷卻室的成型步驟。通過借助冷卻介質(zhì)(優(yōu)選冷卻油)濕潤整個冷卻室的壁，將熱量從活塞頂部的區(qū)域?qū)С霾⑶矣绕鋸娜紵野记恢袑?dǎo)出。所述冷卻室由沿銷座孔的方向與燃燒室凹腔對置的整個面構(gòu)成。在該區(qū)域中，在將燃燒室凹腔與冷卻室分隔的壁之間向冷卻介質(zhì)發(fā)生熱交換。冷卻介質(zhì)從敞開的冷卻室?guī)缀鹾敛皇茏璧爻麂N座孔的方向流出到活塞下方的區(qū)域中。通過冷卻油噴嘴或噴油嘴，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行期間，連續(xù)地輸送冷卻介質(zhì)(優(yōu)選以冷卻油的形式)，并且該冷卻介質(zhì)與冷卻室的壁進(jìn)行接觸。該被輸送的冷卻介質(zhì)相對于穿過冷卻室的壁的、流出的冷卻介質(zhì)而言具有明顯更低的溫度，從而其適用于將來自燃燒過程的熱量導(dǎo)出。

此外，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，冷卻室包括內(nèi)成型部以及至少一個冷卻凹槽。內(nèi)成型部構(gòu)成為相對于活塞沖程軸線居中地沿各銷座孔的方向與燃燒室凹腔對置。此外，所述內(nèi)成型部由裙部的構(gòu)成活塞底側(cè)的輪廓限定。該裙部用于在缸內(nèi)引導(dǎo)活塞以及用于容納銷座孔。在由裙部構(gòu)成的輪廓內(nèi)部以及在該輪廓外部，由裙部構(gòu)成的輪廓在沿銷座孔的方向背離于燃燒室凹腔的那側(cè)上設(shè)置有至少一個冷卻凹槽。在該輪廓內(nèi)部，所述至少一個冷卻凹槽與內(nèi)成型部接觸。在該輪廓外部，所述至少一個冷卻凹槽位于裙部和背離于環(huán)區(qū)的壁之間。所述裙部可構(gòu)成為圓柱形的或者具有支承的裙壁部段，這些裙壁部段通過縮進(jìn)的連接壁(相對于活塞的外徑縮進(jìn)地)相互連接(箱式構(gòu)造)。

此外，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，設(shè)置有至少一個傳輸孔，用于使冷卻介質(zhì)穿過裙部的壁。通過設(shè)置所述傳輸孔，確保冷卻介質(zhì)均勻分布在沿銷座孔的方向與燃燒室凹腔相對置的面上。由此實現(xiàn)在該面和使其濕潤的冷卻介質(zhì)之間的最大的熱量交換。

此外，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，所述至少一個傳輸孔實現(xiàn)至少一個冷卻凹槽和內(nèi)成型部之間的連接，和/或所述至少一個傳輸孔形成至少一個冷卻凹槽和至少另一個冷卻凹槽之間的連接。因此，這些傳輸孔允許冷卻介質(zhì)流入到內(nèi)成型部和至少一個冷卻凹槽。傳輸孔用于在運(yùn)行內(nèi)燃發(fā)動機(jī)或者說內(nèi)燃機(jī)期間使冷卻介質(zhì)體積流均勻地分布。

此外，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，至少一個冷卻油噴嘴朝著傳輸孔和/或套筒區(qū)域定向。

通過針對性地將冷卻油形式的冷卻介質(zhì)輸送到傳輸孔和/或套筒區(qū)域中，實現(xiàn)在冷卻功率方面更高的效率。

此外，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，所述至少一個冷卻油噴嘴在活塞的下止點(diǎn)(UT)處朝著所述至少一個傳輸孔的方向定向。因此在下止點(diǎn)處，幾乎所有的冷卻介質(zhì)體積流都到達(dá)所述至少一個傳輸孔中，并且因此到達(dá)活塞的由裙部限定的內(nèi)部區(qū)域中。

此外，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，所述至少一個冷卻油噴嘴在活塞的上止點(diǎn)(OT)處朝著套筒區(qū)域定向。因此在上止點(diǎn)處，幾乎所有的冷卻介質(zhì)體積流都到達(dá)套筒區(qū)域中，并且因此達(dá)到活塞的由裙部限定的外部區(qū)域中。

在用于冷卻具有敞開的冷卻室的活塞的方法方面，根據(jù)本發(fā)明設(shè)定有以下步驟：

-使冷卻油經(jīng)由至少一個冷卻油噴嘴輸送到活塞的底側(cè)；

-將冷卻油噴入到在活塞的上止點(diǎn)(OT)處的至少一個傳輸孔中；

-將冷卻油噴入到在活塞的上止點(diǎn)處的至少一個傳輸孔和在活塞的下止點(diǎn)(UT)處的至少一個套筒區(qū)域之間的區(qū)域中；

-將冷卻油噴入到活塞的套筒區(qū)域中的至少一個冷卻凹槽中。

通過先前描述的冷卻方法，將來自燃燒過程的盡可能最多的熱量傳輸?shù)嚼鋮s油形式的冷卻介質(zhì)上并且將其導(dǎo)出。

此外，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，通過所述至少一個傳輸孔將冷卻油導(dǎo)入到內(nèi)成型部和/或冷卻凹槽中。通過為所述至少一個傳輸孔供以冷卻油，在運(yùn)行期間確保了對活塞的由裙部的輪廓限定的內(nèi)部區(qū)域的供應(yīng)。

此外，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，冷卻油能夠自由地從整個冷卻室流出到活塞下方的區(qū)域中。由此實現(xiàn)在燃燒室凹腔下方的熱交換面和冷卻油之間的盡可能最多的熱量交換。冷卻油不必首先被導(dǎo)入到例如某個冷卻通道內(nèi)部的確定的開口。在熱交換之后，冷卻油立即被自由地導(dǎo)出，并且允許更低溫度的冷卻油根據(jù)先前描述的方法輸送到熱交換面上。

換句話說，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置有不具有封閉的冷卻通道(例如除了輸入開口或輸出開口之外的環(huán)形封閉的冷卻通道)的活塞。由此能夠以有利的方式制成由鍛造的、燒結(jié)的或者澆鑄的毛坯制成的一件式活塞。

所述傳輸孔可以是被鉆出的，附外地如果需要的話例如可采用ECM法(ECM-電解加工)用于對在鉆孔時形成的棱邊進(jìn)行去毛刺或倒圓。

ECM(電解加工)是概括了不同的電解加工的方法的概念。在使用ECM方法時，通過對金屬的電解溶解來加工工件、例如活塞?？杉庸缀跛薪饘?，以及高合金材料、如鎳基合金、鈦合金或者硬化材料。在該方法中，不存在傳統(tǒng)的金屬加工的缺點(diǎn)(例如工具磨損、機(jī)械載荷、由于熱導(dǎo)入形成微小裂縫、氧化層或者事后去毛刺耗費(fèi))，因為該方法是一種不輸入熱量的、無接觸的加工方法。所有的電解加工方法的特點(diǎn)在于：無固有應(yīng)力的材料損耗、平緩的過渡和不構(gòu)成毛刺的光滑表面。因此，它們理想地適合于加工活塞上的孔。

根據(jù)本發(fā)明的活塞可以由鋼、鋁、它們的合金、合金或者類似物制成。

根據(jù)本發(fā)明的活塞也可以構(gòu)成為具有多件式的。重要的是，活塞不具有封閉的冷卻通道或冷卻室。

附圖說明

本發(fā)明的實施例在附圖中示出并且下面對其進(jìn)行描述。

圖1A和圖1B示出根據(jù)本發(fā)明的不具有封閉的冷卻室的一件式活塞的視圖；

圖2A和圖2B示出圖1A和圖1B的根據(jù)本發(fā)明的不具有封閉的冷卻室的一件式活塞的另外的視圖；

圖3示出不具有封閉的冷卻室的一件式活塞以及傾斜噴射的冷卻油噴嘴；

圖4A和圖4B示出不具有封閉的冷卻室的一件式活塞以及噴射的冷卻油噴嘴的兩個視圖；

圖5A和圖5B示出根據(jù)本發(fā)明的不具有封閉的冷卻室的一件式活塞的另一實施例；

圖6示出圖5A和圖5B所示的不具有封閉的冷卻室的一件式活塞以及傾斜噴射的冷卻油噴嘴；以及

圖7A和圖7B示出圖5A和5B所示的不具有封閉的冷卻室的一件式活塞以及噴射的冷卻油噴嘴的兩個視圖。

具體實施方式

圖1A、圖1B、圖2A、圖2B、圖3、圖4A和圖4B示出根據(jù)本發(fā)明的不具有封閉的冷卻室的一件式活塞1的第一實施例，即所述活塞具有在觀察附圖時向后敞開的冷卻室。圖5A、圖5B、圖6、圖7A和圖7B示出根據(jù)本發(fā)明的不具有封閉的冷卻室的一件式活塞100的第二實施例。

在所有的附圖中，相同的元件具有相同的附圖標(biāo)記。

在下面對附圖的說明中，像“上、下、左、右、前、后”等概念僅僅涉及所述裝置及其他元件在相應(yīng)的附圖中所選擇的、示例性的示圖和位置。這些概念不應(yīng)理解為受限的，也就是說，通過不同的位置和/或鏡像對稱的設(shè)計結(jié)構(gòu)或類似方法，這些關(guān)系可以變化。

圖1A、圖1B、圖2A、圖2B、圖3、圖4A和圖4B示出一件式活塞1，該活塞例如由鋼制成。該活塞1構(gòu)成為具有敞開的冷卻通道。該活塞具有由活塞1的下述區(qū)域或元件構(gòu)成的冷卻室8：

-與環(huán)區(qū)3對置的、在活塞1的內(nèi)周上構(gòu)成的冷卻凹槽7；

-沿銷座孔5的方向與燃燒室凹腔8對置的內(nèi)成型部。

冷卻凹槽7由裙部4劃分成兩個區(qū)域。位于外部的區(qū)域被稱為套筒區(qū)域12。位于內(nèi)部的區(qū)域朝著環(huán)區(qū)3的方向連接到內(nèi)成型部6上。為了使冷卻介質(zhì)(例如冷卻油11)能夠穿過裙部4，在這些區(qū)域之間設(shè)置有傳輸孔9。經(jīng)由冷卻油噴嘴10，交替地、根據(jù)活塞1在未示出的缸內(nèi)的位置，將冷卻油11噴入到傳輸孔9的入口和套筒區(qū)域12中。圖4A示出活塞1在下止點(diǎn)(UT)處，即在活塞的下降運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙\(yùn)動的那個點(diǎn)處，此時，冷卻油11被噴入到通往內(nèi)成型部6的傳輸孔9中。圖4B示出活塞1在上止點(diǎn)(OT)處，即在活塞1的上升運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆颠\(yùn)動的那個點(diǎn)處，此時，冷卻油11被噴入到套筒區(qū)域12內(nèi)的冷卻凹槽7中。在活塞1的下降運(yùn)動期間，越來越大量的冷卻油體積流流入到傳輸孔9中。因此，越來越多的冷卻介質(zhì)到達(dá)內(nèi)成型部6并且到達(dá)與該內(nèi)成型部相配的冷卻凹槽7。在活塞1上升運(yùn)動時，越來越多的冷卻油體積流到達(dá)套筒區(qū)域12，并且因此到達(dá)在那里存在的冷卻凹槽7中。在活塞1的圖2A和圖2B中可明顯地看出傳輸孔9。圖3尤其明顯地示出傾斜噴射的冷卻油噴嘴10。

圖5A、圖5B、圖6、圖7A和圖7B示出根據(jù)本發(fā)明的一件式活塞100的第二實施例。在此可明顯看出裙部4的不同的幾何構(gòu)造。在活塞1的第一實施例中，得出在仰視圖中為箱形的形狀。在第二實施例中，在活塞100的仰視圖中可見裙部4的弧形的部段。圖5A和圖5B示出傳輸孔9在活塞100上的布置結(jié)構(gòu)。圖6示出活塞100上的傾斜噴射的冷卻油噴嘴10。圖7A示出在冷卻油11被噴入到通往內(nèi)成型部6的傳輸孔9中時在下止點(diǎn)(UT)處的活塞100。圖7B又示出在冷卻油11被噴入到套筒區(qū)域12中的冷卻凹槽7中時在上止點(diǎn)(OT)處的活塞100。

上面所描述的以及在權(quán)利要求書中要求保護(hù)的活塞(通?；蛘吒鶕?jù)第一實施例或第二實施例)以已知的方式在內(nèi)燃機(jī)中使用。內(nèi)燃機(jī)具有至少一個缸室，在該至少一個缸室中設(shè)置有該活塞，并且該活塞能夠以已知的方式上下運(yùn)動(振蕩)。在內(nèi)燃機(jī)的曲柄殼體中，存在所述至少一個噴油嘴(也被稱為冷卻油噴嘴)，油射束經(jīng)由該噴油嘴朝著活塞頂部的方向、即朝著向下敞開的冷卻室的方向流出，從而將冷卻介質(zhì)輸送給向下敞開的冷卻室，該冷卻介質(zhì)沿著并且因此流過向下敞開的冷卻室的壁(在那里熱量被吸收)，并且接著再次被引導(dǎo)回到活塞的內(nèi)部區(qū)域，并且因此也被引導(dǎo)回到曲柄殼的內(nèi)部區(qū)域中，從而將由于在活塞頂部的區(qū)域中的燃燒而產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出。然后，將在曲柄殼體中引導(dǎo)回來的冷卻介質(zhì)引導(dǎo)回到冷卻回路中，并且能重新通過噴射噴嘴作為油射束輸出。

附圖標(biāo)記列表

1 活塞

100 活塞

2 燃燒室凹腔

3 環(huán)區(qū)

4 裙部

5 銷座孔

6 內(nèi)成型部

7 冷卻凹槽

8 冷卻室

9 傳輸孔

10 冷卻油噴嘴

11 冷卻油

12 套筒區(qū)域