组装的或焊接的活塞的具有扩大的冷却室的活塞上部制造技术

本发明专利技术涉及一种内燃机的活塞，其构造成优选组装的或焊接的通过液体冷却的活塞，包括一个活塞下部和一个具有燃烧室凹腔（7）的活塞上部（1）。所述活塞构件通过在径向上彼此间隔开的、共同构成一个分离平面（4）的接合接片（2、3）支撑并且优选材料锁合地、优选借助焊接连接或者优选摩擦锁合地、优选借助螺纹连接接合。活塞上部（1）包括一个用于容纳活塞环的活塞环区（10）和一个环形的、一直延伸到活塞下部中的冷却通道（11），该冷却通道通过多个连接通道（15）与一个内部冷却室（16）处于连通。在冷却通道上邻接多个向活塞顶（6）方向定向的、构造成盲孔的凹槽（12），所述凹槽（12）设计成从冷却通道（11）出发一直到相应凹槽（12）的凹槽底部（14）锥形扩宽。凹槽底部（14）可构造成大波纹形（增大表面）或小波纹形的。活塞也可构造成具有一个活塞上部（1）和一个活塞下部且没有分离平面（4）的一件式活塞。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】组装的或焊接的活塞的具有扩大的冷却室的活塞上部
本专利技术涉及一件式和两件式的内燃机活塞以及一种用于制造这种活塞的方法。
技术介绍
为了遵守排放极限值或者说为了达到排放目标和油耗目标需提高燃烧温度和燃烧压力以优化燃烧，由此尤其是活塞上部承受高度热载荷。这种内燃机的运行温度可超过活塞材料允许的极限，因此有引起热老化的危险，在热老化时活塞材料合金的强度和形状稳定性丧失。为了将活塞的热载荷降低到最小程度，使用这样的活塞，在其中集成一个环形的冷却通道，一部分内燃机润滑油作为冷却剂经由喷射嘴被喷入该冷却通道中、流过冷却通道然后离开。DE19750012A1公开了一种冷却通道活塞，该活塞在活塞环区的区域中与侧面径向错开地围成一个环形的冷却通道。流过该冷却通道的冷却剂起散热作用，这种液体冷却的效果主要取决于通过冷却通道的冷却剂的体积流量。随着内燃机单位功率的增强，要求优化通过液体冷却的活塞的已知设计。因此，除了环形的冷却通道外，还需要有针对性地用冷却剂对活塞其它区域。为了实现该措施，DE4118400A1公开了一种组装的活塞，该活塞具有从冷却通道起向活塞顶方向延伸的、具有彼此平行延伸的壁的冷却缝槽。
技术实现思路
本专利技术所基于的任务是通过低成本的措施优化一件式和两件式活塞的活塞上部承受高度热载荷区域中的冷却效果并且与此相应提出一种活塞和制造这种活塞的方法。从现有技术出发，本专利技术提出一种内燃机的活塞，其构造成通过液体冷却的活塞，包括一个活塞下部和一个具有燃烧室凹腔的活塞上部，所述活塞上部和活塞下部通过在径向上彼此间隔开的、构成一个分离平面的接合接片支撑和接合，在活塞上部中设置环形的、一直延伸到活塞下部中的冷却通道，该冷却通道通过多个连接通道与内部冷却室处于连通，以及具有多个向活塞顶方向定向的、构造成盲孔的、构成冷却室的凹槽，所述凹槽设计成从冷却通道出发一直到相应的凹槽的凹槽底部朝向燃烧室凹腔锥形扩宽，其中，在活塞上部中相邻设置的各凹槽交替地径向向内或径向向外倾斜地设置。此外，本专利技术提出一种内燃机的活塞，其构造成一件式的通过液体冷却的活塞，包括一个活塞下部和一个具有燃烧室凹腔的活塞上部，在活塞上部中设置环形的冷却通道，该冷却通道通过多个连接通道与内部冷却室处于连通，以及具有多个向活塞顶方向定向的、构造成盲孔的、构成冷却室的凹槽，所述凹槽设计成从冷却通道出发一直到相应的凹槽的凹槽底部朝向燃烧室凹腔锥形扩宽，其中，在活塞上部中相邻设置的各凹槽交替地径向向内或径向向外倾斜地设置。此外，本专利技术提出一种用于制造内燃机的通过液体冷却的活塞的活塞上部的方法，所述活塞上部与活塞下部接合，活塞上部包括一个燃烧室凹腔以及一个冷却通道，该冷却通道与多个向活塞顶方向定向的、构造成盲孔的凹槽连接，在活塞上部中相邻设置的各凹槽交替地径向向内或径向向外倾斜地设置，为制造所述凹槽设置下述步骤：放入与凹槽的形状相对应的、从冷却通道出发一直到相应的凹槽的凹槽底部锥形扩宽地构造的铸型体，所述铸型体在铸造过程之前定位在用于活塞上部的铸型中；在铸造和冷却活塞上部之后通过冲洗移除铸型体。此外，本专利技术提出一种用于制造内燃机的通过液体冷却的一件式活塞的方法，所述活塞具有一个活塞上部和一个活塞下部，活塞上部包括一个燃烧室凹腔以及一个冷却通道，该冷却通道与多个向活塞顶方向定向的、构造成盲孔的凹槽连接，在活塞上部中相邻设置的各凹槽交替地径向向内或径向向外倾斜地设置，其特征在于，为制造所述凹槽设置下述步骤：放入与凹槽的形状相对应的、从冷却通道出发一直到相应的凹槽的凹槽底部锥形扩宽地构造的铸型体，所述铸型体在铸造过程之前定位在用于一件式活塞的活塞上部的铸型中；在铸造和冷却该一件式活塞之后通过冲洗移除铸型体。此外，本专利技术提出一种用于制造内燃机的通过液体冷却的活塞的活塞上部的方法，所述活塞上部与一个活塞下部接合，活塞上部包括一个燃烧室凹腔以及一个冷却通道，该冷却通道与多个向活塞顶方向定向的、构造成盲孔的凹槽连接，在活塞上部中相邻设置的各凹槽交替地径向向内或径向向外倾斜地设置，借助机械的三维切削加工在活塞上部中制造出所述凹槽，使得该凹槽从冷却通道出发一直到相应的凹槽的凹槽底部朝向燃烧室凹腔锥形扩宽地构造。两件式活塞构造成通过液体冷却的活塞，其包括一个活塞下部和一个具有燃烧室凹腔的活塞上部。这些活塞构件通过在径向上彼此间隔开的、构成一个分离平面的接合接片支撑并且优选材料锁合地(优选借助焊接连接)或者优选摩擦锁合地(优选借助螺纹连接)接合。因此该由活塞上部和活塞下部构成的组装的活塞优选例如借助螺纹连接组合或者优选例如借助焊接连接焊接。在活塞上部中设置一个环形的、一直延伸到活塞下部中的冷却通道，该冷却通道通过若干连接通道与一个内部冷却室处于连通。为了扩大冷却室，活塞上部围成向活塞顶方向定向的、构造成盲孔的、与冷却通道连接的凹槽。此外也可能的是，内燃机的通过液体冷却的活塞包括一个活塞下部和一个具有燃烧室凹腔的活塞上部，所述活塞构造成一件式活塞，其没有分离平面。为了解决所述任务，根据本专利技术规定，所述至少一个从冷却通道出发的、环绕地设置的凹槽这样构造在活塞上部中，使得凹槽的壁锥形向上扩宽。由于由此形成的壁张开，所以在凹槽最深处的区域中出现最大横截面。有利的是，本专利技术在保持定义的壁厚的情况下相对于至今已知的解决方案扩大了冷却剂流过的、随深度扩宽的冷却室并且因此优化了活塞上部的冷却。根据本专利技术的凹槽的一种优选的结构造型是间隔开地跟随盆状设置在活塞顶中的燃烧室凹腔的中心轮廓。基于凹槽大容积的、扩大冷却剂容纳部的空腔可改善振动效果(Shakerwirkung)和由此增强冷却效果。有利的是，根据本专利技术的、扩大冷却通道的凹槽的大小和延伸不受与结构有关的规定、例如在活塞下部和活塞上部或冷却通道之间的分离平面的位置和布置的限制，而是可以例如有针对性地向燃烧室凹腔的方向扩宽。根据本专利技术构造的凹槽优选用于燃烧室凹腔直径相对小的活塞上部，以便最佳冷却活塞顶中出现的大的壁厚和材料堆积。因此可避免焦化直至燃烧以及材料强度的降低。有利的是，结合优化活塞上部的冷却的措施可达到组装的、燃烧室凹腔直径较小的活塞的排放要求(Tier3和IMO)。有利的是，根据本专利技术构造的活塞上部可与现有的已证明的活塞下部组合。在构造成一件式的、通过液体冷却的内燃机活塞中，活塞下部和活塞上部的形式也如上所述适配地构造。根据本专利技术，凹槽的大小和延伸不受接合接片的、例如在活塞上部和活塞下部之间的分离平面区域中的支撑面的外直径限制。相反，根据本专利技术的措施允许根据本专利技术的用于冷却的凹槽延伸到承受高度热载荷的区域中。因此，凹槽底部中的横截面轮廓基于锥形扩宽而超过凹槽在与冷却通道的过渡区域中的横截面轮廓。优选活塞顶具有多个在圆周上分布地定位的、与冷却通道处于连通的凹槽。这些构造成盲孔的、有针对性地扩大冷却室的凹槽能够更加有效地改善活塞上部的冷却。在此凹槽至少在局部上导致活塞上部减小的壁厚、例如针对燃烧室凹腔、活塞环区、活塞顶岸以及活塞顶。基于根据本专利技术构造的凹槽和相邻的承受高度热载荷的区域之间协调的壁厚可实现一种结构强度高且满足最高要求的活塞上部。根据本专利技术的措施使构件温度降低到常见冷却油的燃点以下的水平上，由此同时降低了优选用作冷却剂的内燃机润滑剂焦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.19 DE 102010015568.31.内燃机的活塞，其构造成通过液体冷却的活塞，包括一个活塞下部和一个具有燃烧室凹腔(7)的活塞上部(1)，所述活塞上部和活塞下部通过在径向上彼此间隔开的、构成一个分离平面(4)的接合接片(2、3)支撑和接合，在活塞上部(1)中设置环形的、一直延伸到活塞下部中的冷却通道(11)，该冷却通道通过多个连接通道(15)与内部冷却室(16)处于连通，以及具有多个向活塞顶(6)方向定向的、构造成盲孔的、构成冷却室的凹槽(12)，其特征在于，所述凹槽(12)设计成从冷却通道(11)出发一直到相应的凹槽(12)的凹槽底部(14)朝向燃烧室凹腔(7)锥形扩宽，其中，在活塞上部(1)中相邻设置的各凹槽(12)交替地径向向内或径向向外倾斜地设置。2.内燃机的活塞，其构造成一件式的通过液体冷却的活塞，包括一个活塞下部和一个具有燃烧室凹腔(7)的活塞上部(1)，在活塞上部(1)中设置环形的冷却通道(11)，该冷却通道通过多个连接通道(15)与内部冷却室(16)处于连通，以及具有多个向活塞顶(6)方向定向的、构造成盲孔的、构成冷却室的凹槽(12)，其特征在于，所述凹槽(12)设计成从冷却通道(11)出发一直到相应的凹槽(12)的凹槽底部(14)朝向燃烧室凹腔(7)锥形扩宽，其中，在活塞上部(1)中相邻设置的各凹槽(12)交替地径向向内或径向向外倾斜地设置。3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞上部(1)和活塞下部材料锁合地或者摩擦锁合地接合。4.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述活塞上部(1)和活塞下部借助焊接连接或者借助螺纹连接接合。5.根据权利要求1至4之一所述的活塞，其特征在于，在活塞上部(1)中在圆周上分布地设置的、锥形向上构造的凹槽(12)构造成孔、通道和/或缝槽。6.根据权利要求1至4之一所述的活塞，其特征在于，在凹槽(12)和冷却通道(11)之间设置由活塞上部(1)的材料构成的接片(13、20)。7.根据权利要求1至4之一所述的活塞，其特征在于，所述在活塞上部(1)中在圆周上分布地设置的凹槽(12)构成蜂窝状结构。8.根据权利要求1至4之一所述的活塞，其特征在于，所述凹槽(12)具有相反地倾斜的壁，这些壁具有相同或彼此不同的、在0°至40°之间的倾角“α,β”。9.根据权利要求1至4之一所述的活塞，其特征在于，所述凹槽(12)具有相反地倾斜的内壁(17)和外壁(18)，所述内壁和外壁具有相同或彼此不同的、在0°至40°之间的倾角“α,β”。10.根据权利要求1至4之一所述的活塞，其特征在于，所述凹槽(12)具有倒圆或倒角构造的凹槽底部(14)，该凹槽底部具有在1.5mm和D/2之间的半径“R”，D＝用于该倒圆轮廓切削过程的工具的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·奥尔马，
申请(专利权)人：KS科尔本施密特有限公司，
类型：
国别省市：