内燃机活塞及其制造方法技术

一种内燃机活塞(10)，其具有活塞头(11)和活塞裙(16)，活塞头(11)具有环绕的活塞环带(15)及活塞环带(15)内的环绕冷却通道(23)，活塞裙(16)含设有轮毂孔(18)的活塞销座(17)，活塞销座通过轮毂连接部(19)设在活塞头(11)下侧(11a)上，活塞销座(17)通过滑动面(21、22)相互连接，设有至少一个向外闭合的孔(24a、24b、24c、24d)，孔在滑动面(21、22)和轮毂孔(18)间，至少一个孔(24a、24b、24c、24d)通入冷却通道(23)，冷却通道(23)和至少一个孔(24a、24b、24c、24d)具有低熔点金属或低熔点金属合金形式的冷却剂(27)。

Piston of internal combustion engine and its manufacturing method

\u4e00\u79cd\u5185\u71c3\u673a\u6d3b\u585e(10)\uff0c\u5176\u5177\u6709\u6d3b\u585e\u5934(11)\u548c\u6d3b\u585e\u88d9(16)\uff0c\u6d3b\u585e\u5934(11)\u5177\u6709\u73af\u7ed5\u7684\u6d3b\u585e\u73af\u5e26(15)\u53ca\u6d3b\u585e\u73af\u5e26(15)\u5185\u7684\u73af\u7ed5\u51b7\u5374\u901a\u9053(23)\uff0c\u6d3b\u585e\u88d9(16)\u542b\u8bbe\u6709\u8f6e\u6bc2\u5b54(18)\u7684\u6d3b\u585e\u9500\u5ea7(17)\uff0c\u6d3b\u585e\u9500\u5ea7\u901a\u8fc7\u8f6e\u6bc2\u8fde\u63a5\u90e8(19)\u8bbe\u5728\u6d3b\u585e\u5934(11)\u4e0b\u4fa7(11a)\u4e0a\uff0c\u6d3b\u585e\u9500\u5ea7(17)\u901a\u8fc7\u6ed1\u52a8\u9762(21\u300122)\u76f8\u4e92\u8fde\u63a5\uff0c\u8bbe\u6709\u81f3\u5c11\u4e00\u4e2a\u5411\u5916\u95ed\u5408\u7684\u5b54(24a\u300124b\u300124c\u300124d)\uff0c\u5b54\u5728\u6ed1\u52a8\u9762(21\u300122)\u548c\u8f6e\u6bc2\u5b54(18)\u95f4\uff0c\u81f3\u5c11\u4e00\u4e2a\u5b54(24a\u300124b\u300124c\u300124d)\u901a\u5165\u51b7\u5374\u901a\u9053(23)\uff0c\u51b7\u5374\u901a\u9053(23)\u548c\u81f3\u5c11\u4e00\u4e2a\u5b54(24a\u300124b\u300124c\u300124d)\u5177\u6709\u4f4e\u7194\u70b9\u91d1\u5c5e\u6216\u4f4e\u7194\u70b9\u91d1\u5c5e\u5408\u91d1\u5f62\u5f0f\u7684\u51b7\u5374\u5242(27)\u3002

【技术实现步骤摘要】
内燃机活塞及其制造方法
本专利技术涉及一种内燃机活塞，该活塞具有活塞头和活塞裙，其中活塞头具有环绕的活塞环带以及活塞环带范围内的、环绕的冷却通道，其中活塞裙具有设有轮毂孔的活塞销座，该活塞销座通过轮毂连接部设在活塞头的下侧上，其中活塞销座通过滑动面相互连接。
技术介绍
在现代化的内燃机中，活塞在活塞顶的区域中总是受到较高的温度负荷。这在运行过程中导致活塞头和活塞裙之间的温度差异巨大。因此也使得冷发动机中的活塞装配间隙不同于热发动机中的装配间隙。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，进一步发展这种活塞，即，将运行过程中在活塞头和活塞裙之间的温度分布调节均匀。解决方案在于，设置至少一个向外闭合的孔，该孔安置在滑动面和轮毂孔之间，至少一个孔通入到冷却通道中，冷却通道和至少一个孔具有低熔点金属形式或低熔点金属合金形式的冷却剂。根据本专利技术的活塞具有这样的特征，即，在活塞顶区域中生成的热量通过活塞头传导到活塞中并且通过相对大面积的滑动面得到释放。因此在运行过程中实现了整个活塞上的均匀热分散。此外实现了整个活塞的有效冷却。如果额外用冷却油冷却活塞头的下侧，则避免了油积碳的形成。此外，总体上减少了冷却油消耗。通过额外加热活塞销座和活塞裙之间的区域，引起活塞裙额外的热膨胀并由此减少活塞和汽缸之间的热间隙。特别有利的是，使用由轻金属材料、例如铝基材料构成的曲轴箱，该轻金属材料的热膨胀系数比活塞材料的热膨胀系数高。从属权利要求中给出了有利的扩展方案。适合用作冷却剂的低熔点金属特别是钠或钾。作为低熔点的金属合金特别是可以采用合金、低熔点的铋合金和钠-钾合金。由镓、铟和锡构成的合金系统称为所谓的合金，该合金系统在室温下是液态的。该合金由65重量％至95重量％的镓、5重量％至26重量％的铟和0重量％至16重量％的锡构成。优选的合金例如是这些具有68重量％至69重量％的镓、21重量％至22重量％的铟和9.5重量％至10.5重量％的锡的合金(熔点为-19℃)、具有62重量％镓、22重量％铟和16重量％锡的合金(熔点为10.7℃)以及具有59.6重量％镓、26重量％铟和14.4重量％锡的合金(三元共晶体，熔点为11℃)。低熔点的铋合金是普遍已知的。其中例如包括LBE(共晶的铋-铅合金，熔点为124℃)、玫瑰金属(50重量％铋、28重量％铅和22重量％锡，熔点为98℃)、奥利安金属(42重量％铋、42重量％铅和16重量％锡，熔点为108℃)、快速焊剂(52重量％铋、32重量％铅和16重量％锡，熔点为96℃)、d’Arcets金属(50重量％铋、25重量％铅和25重量％锡)、伍德合金(50重量％铋、25重量％铅、12.5重量％锡和12.5重量％镉，熔点为71℃)、Lipowitz金属(50重量％铋、27重量％铅、13重量％锡和10重量％镉，熔点为70℃)、哈珀斯金属(44重量％铋、25重量％铅、25重量％锡和6重量％镉，熔点为75℃)、Cerrolow117(44.7重量％铋、22.6重量％铅、19.1重量％铟、8.3重量％锡和5.3重量％镉，熔点为47℃)、Cerrolow174(57重量％铋、26重量％铟、17重量％锡，熔点为78.9℃)、Fields金属(32重量％铋、51重量％铟、17重量％锡，熔点为62℃)以及沃克合金(45重量％铋、28重量％铅、22重量％锡和5重量％锑)。适合的钠-钾合金可以含有40重量％至90重量％的钾。特别适合的是共晶合金NaK，该合金含有78重量％的钾和22重量％的钠(熔点为-12.6℃)。冷却剂额外可以含有锂和/或氮化锂。如果在填充过程中使用氮气作为保护气，那么氮气可以和锂反应形成氮化锂并且以这种方式从冷却通道中去除。如果在填充过程中可能存在的干燥空气和冷却剂发生了反应，那么冷却剂还可能含有氧化钠和/或氧化钾。优选设置四个孔，这些孔安置在滑动面和轮毂孔之间，从而实现活塞中特别均匀的温度分布。至少一个孔以适宜的方式借助密封部件进行闭合，例如将该密封部件压入孔中或者和活塞焊接，从而避免冷却剂出来。在冷却通道和至少一个孔中所容纳的冷却剂的量取决于冷却剂的导热性和希望的温度控制程度。冷却剂优选具有直至冷却通道一半高度的填充高度，从而获得振荡效果并因此实现活塞中特别有效的热分散。特别是如果要限制在发动机运行过程中在活塞中流失的燃烧热的份额，那么可以通过注入的冷却剂的量来进行控制。已表明，为了确保活塞的功能，有时候填充3％至5％的冷却通道体积的冷却剂就已经足够。根据本专利技术的活塞优选基本由一种铁基材料构成，例如这样一组材料中的一种，该组材料包括时效硬化的钢、调质钢、高强度的铸铁和包含片状石墨的铸铁。附图说明接下来根据附图进一步阐述本专利技术的实施例。其中在未按精确比例的示意图中示出了：图1以局部剖面图示出的、根据本专利技术的活塞的一个实施例；图2沿图1中II-II线的剖面；图3沿图1中III-III线的剖面；图4根据图3放大的局部视图。具体实施方式图1至4示出了根据本专利技术的活塞10的一个实施例。活塞10可以是一件式的或者多个部件组成的活塞。该活塞10可以由铁基材料和/或轻金属材料制得，其中优选为铁基材料。图1至3示例性地示出了一件式的箱式活塞10。该活塞10具有活塞头11、环绕的活塞顶岸14和用于容纳活塞环(未示出)的活塞环带15，活塞头包含具有燃烧顶凹坑13的活塞顶12。在活塞环带15的高度上设置有环绕的冷却通道23。此外，活塞10具有含活塞销座17和用于容纳活塞销(未示出)的轮毂孔18的活塞裙16。活塞销座17通过轮毂连接部19与活塞头的下侧11a相连。活塞销座17通过滑动面21、22相互连接(特别是参见图2)。在该实施例中，活塞裙16具有四个孔24a、24b、24c、24d。孔24a-d在该实施例中在大致轴向上且平行于活塞中轴M延伸。但是，孔24a-d也相对于活塞中轴M以一定角度倾斜延伸。孔24a-d安置在滑动面21、22和轮毂孔18之间。孔24a-d通入到冷却通道23中。在该实施例中，活塞10例如可以以已知的方式浇注而成，其中能够借助盐芯以已知的方式引入冷却通道23和孔24a-d。重要的是，至少一个孔24a具有朝外的开口25。根据本专利技术，通过开口25将冷却剂27填入孔24a中，该冷却剂也就是如前举例所述的低熔点金属或低熔点合金。冷却剂27从该孔开始在冷却通道23以及其他的孔24b-d中进行分散。然后在该实施例中借助经挤压的钢球26使开口25紧密地闭合。开口25也可以例如通过焊接顶盖或压缩罩子进行闭合(未示出)。孔24a-d的尺寸和冷却剂27的填充量取决于活塞10的尺寸和材料。一般来说每个活塞10需要大约10g至40g的冷却剂27。可以根据冷却剂的导热系数通过添加的冷却剂27的量来控制冷却功率。例如在冷却通道23中大致对应于冷却通道23一半高度的填充状况是合适的。在这种情况下，在运行过程中已知的振荡效果能够额外有助于活塞中特别有效的热分散。对于钠作为冷却剂27，该冷却剂在运行过程中具有220℃的温度，在冷却功率为350kW/m2的情况下获得大约260℃的、活塞10的最大表面温度。另外，活塞头11的下侧11a可以通过喷射冷却油受到冷却。为了填充孔24a，插入梭镖穿透开口25并借助氮气或借助另一种合适的惰性气体或借助干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机活塞(10)，所述活塞具有活塞头(11)和活塞裙(16)，其中所述活塞头(11)具有环绕的活塞环带(15)及在活塞环带(15)范围内的环绕冷却通道(23)，其中所述活塞裙(16)含设有轮毂孔(18)的活塞销座(17)，所述活塞销座通过轮毂连接部(19)设在活塞头(11)的下侧(11a)上，其中所述活塞销座(17)通过滑动面(21、22)相互连接，其中，设有至少一个向外闭合的孔(24a、24b、24c、24d)，所述孔设在滑动面(21、22)和轮毂孔(18)之间，至少一个所述孔(24a、24b、24c、24d)通入冷却通道(23)，并且所述冷却通道(23)和至少一个孔(24a、24b、24c、24d)具有低熔点金属或低熔点金属合金形式的冷却剂(27)，其特征在于，设有四个孔(24a、24b、24c、24d)，所述孔安置在滑动面(21、22)和轮毂孔(18)之间，其中至少一个孔(24a)具有朝外的开口(25)，通过该开口，所述冷却剂(27)从所述孔(24a)开始在冷却通道(23)以及其他的所述孔(24b‑d)中进行分散。

【技术特征摘要】
2011.09.20 DE 102011113800.91.一种内燃机活塞(10)，所述活塞具有活塞头(11)和活塞裙(16)，其中所述活塞头(11)具有环绕的活塞环带(15)及在活塞环带(15)范围内的环绕冷却通道(23)，其中所述活塞裙(16)含设有轮毂孔(18)的活塞销座(17)，所述活塞销座通过轮毂连接部(19)设在活塞头(11)的下侧(11a)上，其中所述活塞销座(17)通过滑动面(21、22)相互连接，其中，设有至少一个向外闭合的孔(24a、24b、24c、24d)，所述孔设在滑动面(21、22)和轮毂孔(18)之间，至少一个所述孔(24a、24b、24c、24d)通入冷却通道(23)，并且所述冷却通道(23)和至少一个孔(24a、24b、24c、24d)具有低熔点金属或低熔点金属合金形式的冷却剂(27)，其特征在于，设有四个孔(24a、24b、24c、24d)，所述孔安置在滑动面(21、22)和轮毂孔(18)之间，其中至少一个孔(24a)具有朝外的开口(25)，通过该开口，所述冷却剂(27)从所述孔(24a)开始在冷却通道(23)以及其他的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里希·比朔夫贝格尔，
申请(专利权)人：马勒国际公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE