用于内燃机的活塞 |
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| 申请号 | CN201280052351.6 | 申请日 | 2012-10-23 | 公开(公告)号 | CN104160137B | 公开(公告)日 | 2017-02-15 |
| 申请人 | 马勒国际公司; | 发明人 | 索运·斯坦; 迈克尔·T·拉普; 托尼·大卫·钦巴利克; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了例如用于 内燃机 的示例性 活塞 。该示例性活塞包括下部件和上部件，其中下部件和上部件限定了封闭的周向冷却油道。冷却油道可以设置有油道底部。活塞还可以包括 定位 在油道底部上的周向突条，周向突条限定有延伸穿过周向突条的至少一个冷却剂入口和至少一个冷却剂出口。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于内燃机的活塞，包括： |
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| 说明书全文 | 用于内燃机的活塞技术领域[0001] 本发明涉及用于内燃机的示例性活塞。该示例性活塞包括下部件和上部件，其中下部件和上部件构成封闭的周向冷却油道，该冷却油道设置有油道底部。 背景技术[0002] 在文献WO2010/009779A1中公开了一种例如通用型活塞。这种已知的活塞由下部件和上部件组成，下部件和上部件利用摩擦焊接法连接在一起。因此，这种活塞包括典型的摩擦焊缝。这种活塞还包括具有油道底部的周向冷却油道，油道底部配备有竖管。竖管伸入到冷却油道中并且在另一侧向下沿轴向延伸。竖管借助摩擦焊缝保持在合适位置中，并且竖管用于将冷却剂引入到冷却油道中。但这种活塞的制造需要大量的劳动力，并由此变得昂贵。 [0004] 虽然本发明的权利要求书并不限于所示出的实例，但通过对不同实例进行讨论能最佳地获得对本发明各个方面的理解。现在参考附图，示例性实施方式被详细地示出。尽管附图表现的是具有代表性的实例，但附图不一定按比例示出，并且可能放大某些特征以更好地示出和解释所示实例的创新方面。另外，这里描述的示例性实施方式并不打算穷举、或限制或者局限于附图中所展示的以及下面的详细描述中所披露的精确形式和构造。下面将参照附图详细描述示例性实施方式： [0005] 图1以透视图的形式示出局部剖切的活塞的示例性实施方式； [0006] 图2以纵向截面图的形式示出根据图1的活塞； [0007] 图3以透视图的形式示出活塞的局部剖切的下部件或裙部的示例性实施方式； [0008] 图4示出图3的下部件的示例性实施方式的局部剖切图； [0009] 图5A示出根据一个示例性实施方式的具有圆形形状的周向突条的活塞的下部件或裙部； [0010] 图5B示出根据一个示例性实施方式的具有偏移形状的周向突条的活塞的下部件或裙部；以及 [0011] 图5C示出根据一个示例性实施方式的具有屋顶形状的周向突条的活塞的下部件或裙部。 具体实施方式[0012] 关于本说明书中的“示例性实施方式”、“实例”或者类似的表述意味着与示例性方法相关联的特定的功能、结构或者特性被包含在至少一个实施方式中。本说明书中不同地方出现的措辞“在实施方式中”，或者类似的表述并不一定均指代相同的实施方式或者实例。 [0013] 本文提供了例如用于内燃机的活塞的示例性实施方式。示例性活塞可以包括活塞头，该活塞头包括活塞冠部、周向环槽脊(top land)和周向环接纳部和位于环接纳部区域中的封闭周向冷却油道。冷却油道可以包括油道底部。活塞裙部可以包括限定有销孔的活塞销座，并且活塞销座可以经由支承面相连。因此，活塞通常包括诸如裙部等下部件和诸如活塞冠部等上部件，下部件和上部件这二者通常共同限定冷却油道。下部件或裙部可以形成冷却油道的至少油道底部。 [0014] 示例性活塞还可以包括设置在油道底部上的周向突条。周向突条可以限定至少一个冷却剂入口和至少一个冷却剂出口。入口和/或出口可以延伸穿过油道底部，从而允许流体连通到冷却油道中和/或冷却油道外。 [0015] 因此，通过例如在油道底部上形成示例性的周向突条可以省去诸如向下沿轴向延伸的竖管等额外的部件。更具体地，可以在周向突条内直接形成至少一个冷却剂入口和至少一个冷却剂出口。周向突条完全足以以良好的引导方式将冷却剂引入到冷却油道中。 [0016] 周向突条可以构造为提供期望的冷却油道的填充水平。例如，可以选择突条的高度以便确保能够保证冷却剂在冷却油道中的任意最小填充水平。更具体地，期望的最小填充水平可以趋向于与周向突条的入口和/或出口附近处的周向突条高度直接对应或成比例。周向突条的高度可以以绝对测量值限定，或者可以根据诸如活塞直径等其它活塞参数限定。在发动机工作期间(即，分别在活塞的上冲程期间和下冲程期间)以及当活塞静止不动时(例如，当发动机不工作时)，周向突条的高度会影响与冷却油道相关的期望最小填充水平。周向突条的高度还可以部分地由活塞的整体重量与冷却油道的整体体积之间的期望平衡确定，当周向突条的高度增加时，活塞的整体重量与冷却油道的整体体积可能会分别受到有利影响和有害影响。 [0017] 如将在下面进一步描述的那样，在某些示例性实施方式中，可以以“V形”的几何形状制造冷却剂孔，使之具有两个通向冷却油道内部的出口，以及从油道外侧引入的隧道式入口孔。这种几何形状能够促进将入口孔接收到的冷却介质的冷却喷流分流到内部通道的两侧中，即，一个出口通向冷却油道中的周向突条的一侧，从而提高冷却油道的填充率和冷却效率。 [0018] 还可以选择周向突条的其它特性来提供期望的填充水平和/或最小的冷却油道填充水平。例如，如将在下面进一步描述的那样，周向突条可以限定为诸如屋顶形状、偏移形状、矩形形状或圆形形状等各种形状，以提供期望的冷却油道构造和/或填充特性。周向突条还可以形成有各种表面结构中的任意一种，例如，平的、倾斜的、带纹理的等，以改善冷却剂在这些表面上的流动特性，从而提高冷却性能。 [0019] 此外，周向突条还有助于控制活塞的整体重量以及平衡活塞的上部件和下部件。更具体地，可以减小周向突条的尺寸来减轻下部件的重量，例如，通过使突条变薄或降低突条的高度。作为选择，可以加厚周向突条或增加周向突条的高度，以增大下部件的重量。 [0020] 与将竖管引入到设置在油道底部的开口中相比，例如在油道底部上设置示例性周向突条通常是更容易的并且需要更少的劳动力。特别是，在活塞的制造过程中，周向突条可以构造为一体形成部件，周向突条在一体地或作为单独的部件设置在油道底部上之后，设置有至少一个冷却剂入口和至少一个冷却剂出口。在一个示例性实施方式中，周向突条可以围绕活塞的整个周边延伸。 [0022] 周向突条可以在油道底部上定位在冷却油道的中心位置，或相对于油道底部的宽度定位在偏离中心的位置。这样，可以控制冷却剂的流动来优化冷却性能并使冷却性能满足每个个案的要求。周向突条可以相对于活塞的中心轴线沿径向向外偏移。 [0023] 沿着周向突条的至少一个冷却剂入口的直径可以小于至少一个冷却剂出口的直径，以便保证受热冷却剂的流出，并且可选地促进确保新鲜冷却剂的流入，从而优化冷却性能。此外，通向沿着周向突条的冷却油道的通道可以是大致竖直的或可以是有角的或可以是如上所述的V形。在某些情况下，使通道成角度可以增加被迫进入油道中的油量，从而提高冷却油道的填充率。此外，通道可以是细长的或漏斗状的，以根据供应至冷却油道的油或冷却剂定制通道的许可性或限制性。 [0024] 在最简单的实施方式中，示例性活塞可以设置有在径向上彼此相反地定位的单个冷却剂入口和单个冷却剂出口，以例如通过使冷却剂的流入和流出围绕活塞在径向上分开，来保证冷却剂的受控流入和受控流出。 [0025] 图1和图2示出了示例性活塞10。活塞10包括下部件11和上部件12。这两个部件都可以由任何合适的金属材料制成。 [0026] 上部件12可以包括具有燃烧凹腔14的活塞冠部13。上部件12还设置有周向环槽脊15和用于接纳活塞环(未示出)的周向环接纳部16。下部件11设置有活塞裙部17，活塞裙部 17包括限定有用于接纳活塞销(未示出)的销孔19的活塞销座18。下部件11还设置有由活塞裙部17限定的支承面21。下部件11和上部件12这二者协作限定了具有油道底部24的周向且大致封闭的冷却油道22。 [0027] 在本实例中，上部件12大致形成活塞10的活塞头10a，下部件11大致形成活塞10的活塞裙部17。当然，其它实例也是可能的，其中，下部件11可以形成活塞头10a的一部分，例如环接纳部16的一部分或燃烧凹腔14的一部分。 [0028] 在本示例性实施方式中，下部件11和上部件12利用诸如激光焊接、导致形成摩擦焊缝(未示出)的摩擦焊接等焊接法或适于将下部件11和上部件12相连的任何其它方便的方法而连接起来。也可以采用将下部件11和上部件12相连的其它方法。 [0029] 上部件12和下部件11例如可以通过铸造或锻造进行制造。在本实例中，在下部件11的制造工序中形成油道底部24。油道底部24设置有周向突条25，在本实例中，周向突条25大致围绕活塞的整个周边延伸。周向突条25可以与油道底部24一体形成。其次，周向突条25和油道底部24可以设置有在径向上彼此相反地定位的冷却剂入口26和冷却剂出口27。可选地，下部件11和上部件12可以在中途进行加工、连接，并且可选地进行最终的加工，从而形成最终的活塞10。 [0030] 在下部件11和上部件12连接起来之后，周向突条25沿轴向延伸到由下部件11和上部件12形成的冷却油道22中。在本示例性实施方式中，周向突条25定位成在油道底部24上相对于油道底部24的宽度偏离中心。更具体地，周向突条25相对于活塞10的中心轴线M沿径向向外偏移。从而将油道底部24划分成较宽内部24a和较窄外部24b。从油道底部24算起的周向突条25的高度可以以这样的方式限定：在冷却油道22内，冷却剂的填充水平不低于预定值。此外，在发动机工作期间(即，在活塞10的上冲程期间和下冲程期间)当活塞10移动时以及当活塞10静止不动时，周向突条25的高度会影响冷却剂的填充水平。更具体地，在工作期间，增加周向突条25例如相对于油道底部24的高度可以增加留在冷却油道22中的冷却剂量。在另一示例性实施方式中，当活塞10工作时，周向突条25的入口孔26的位置或高度也可能影响冷却剂的填充水平。例如，在工作期间，使入口孔26相对于油道底部24的高度更大可以增加留在冷却油道22中的冷却剂量。 [0031] 现在转而参考图3和图4，图3和图4示出了具有冷却剂孔26a的活塞下部件11a的示例性实施方式，冷却剂孔26a具有一个或多个有角通道和/或“V形”的几何形状。孔26a可以具有位于内侧的两个出口或孔30a、30b以及隧道式入口孔或开口32。由此，两个孔30a、30b可以协作形成通向冷却油道22(在图3和图4中未示出)且例如相对于活塞10的轴线成角度的两个通道从而限定了大致“V形”构造。因此，进入入口孔32的冷却剂流(图4所示的箭头的方向)一般可以通过两个孔30a、30b分成两部分进入冷却油道22。由此，单入口32和双出口30a、30b能够便于将入口32接收到的流入冷却介质流分流到内部通道的任一侧，即，一个出口通向周向突条25的一侧。流入冷却剂流的分流可以提高冷却油道22(在图3和图4中未示出)的填充率和活塞10(在图3和图4中未示出)的整体冷却效率。 [0032] 冷却剂入口26的直径可以小于冷却剂出口27的直径。这样，可以允许受热的冷却剂相对快速地通过出口27离开冷却油道22并且被通过入口26进入的新鲜冷却剂替换。另外，冷却剂入口26的尺寸与冷却剂出口27的尺寸的比率同样可以影响冷却油道22的填充率。例如，与冷却剂出口27的横截面面积等于或大于冷却剂入口26的横截面面积的实例相比，在冷却剂出口27的横截面面积小于冷却剂入口26的横截面面积的实例中，更易于在冷却油道22内积聚更大量的冷却剂。因此，相对于入口26而言更具限流性的出口27可以增加滞留在冷却油道22内的冷却剂，这是因为入口26整体上更多地允许冷却剂流入到冷却油道22中，而出口27更多地限制冷却剂流出冷却油道22。此外，除了对入口26和/或出口27的横截面面积进行上述调整之外，入口26和/或出口27可以构造为以任何方便的方式对冷却剂流入和流出冷却油道22进行更多或更少的限制。仅仅作为实例，入口26和/或出口27可以限定沿着入口26和/或出口27而变化的横截面。在一个示例性实施方式中，入口26和/或出口 27可以为例如通过限定沿着入口26或出口27而变化的横截面面积而成形的漏斗状。在另一示例性实施方式中，入口26和/或出口27可以沿着入口26和/或出口27的一部分或整体为细长状。 [0033] 如上所述，周向突条25可以限定为任何各种形状，以提供期望的冷却油道构造和/或填充特性。此外，如在下面进一步描述的那样，各种形状和构造一般可以允许对冷却油道22的冷却效果和/或活塞10的性能的进一步定制。 [0034] 在图5A所示的一个示例性实施方式中，周向突条25可以沿着周向突条25的上表面限定为大致圆形的形状。圆形形状可以包括限定了冷却油道内的弯曲表面的角部41a、41b，这使沿着弯曲表面的应力(例如，周向突条25b内的来自与周向突条25b相关的成形过程的残余应力)最小化。 [0035] 在图5B所示的另一实例中，周向突条25可以限定为偏移形状。偏移形状能够在提供了更大的冷却油道面积的区域中实现更好的冷却效果。更具体地，在图5B所示的实例中，由于周向突条25的偏移形状，使得更大体积部分的冷却油道22设置在周向突条25的径向内侧24a’，因此与径向外侧24b’相比，冷却剂能够至少更大程度地趋向于集聚在周向突条25的径向内侧24a’。 [0036] 在另一示例性实施方式中，周向突条25可以限定为如图5C所示的“屋顶”形状。在本实例中，周向突条25的斜侧部40a、40b在顶点42处相接，顶点42相对于周向突条25大致居中。斜侧部40a、40b可以促进冷却剂远离顶点42流动。另外，例如与周向突条25的高度小于顶点42在油道内的轴向高度的这样周向突条相比，顶点42例如相对于径向内侧24a”处的油道底部和/或径向外侧24b”处的油道底部具有更大高度可以更大程度地防止冷却剂横穿周向突条25。此外，顶点42的更大高度可以增加沿着周向突条25c呈现的表面积，从而提高周向突条25c与油道中的油或其它冷却剂之间的热传递的程度。 [0037] 例如可以通过喷嘴28经由冷却剂入口26将诸如发动机油等冷却剂沿着箭头29的方向注入或以其它方式迫使其进入到冷却油道22中。因此，周向突条25通常可以替代诸如竖管等额外的活塞部件，从而简化活塞10的制造。 [0038] 本发明描述的流程、系统、方法、试探法等等应该被理解为，尽管该流程的步骤等等被描述成按照特定的顺序发生的，但可以按照与本发明描述的顺序不同的描述顺序来执行这些步骤。此外，可以同时执行某些步骤，可以添加其它步骤，或者可以省略这里描述的某些步骤。换句话说，这里对流程的描述仅是基于阐释特定实施例的目的，并不应被理解为要限制所请求保护的发明。 [0039] 因此，应该理解到，上述描述为示例性的而不是限制性的。在阅读以上描述之后可以得到除了所提供的实例之外的许多实施例和应用例。本发明的范围不应根据上述描述来确定，而是应该根据所附的权利要求书以及这些权利要求所拥有的等同范围来确定。可以预期和预测到在这里所讨论的技术领域内将会存在将来的改进，而这里所披露的系统和方法也并入将来的实施例中。总而言之，本发明应该被理解为能够进行修改和变型，并且仅由下面的权利要求书来限制。 [0040] 权利要求书中所使用的所有术语都意在具有本领域内的技术人员所理解的最广范合理的解释以及通常含义，除非在文中有相反的明确说明。特别地，单数冠词的使用，例如“一”，“该”，“所述”等等，应该被理解为列举一个或者多个所指代的元件，除非权利要求阐述了相反的明确限制。 |
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