用於冷卻活塞的方法和冷卻的活塞的製作方法

2023-05-26 13:54:01

專利名稱：用於冷卻活塞的方法和冷卻的活塞的製作方法
技術領域：
本發明涉及根據兩個獨立權利要求的相應的前序部分特徵的一種用於冷卻內燃機的活塞的方法和一種內燃機的活塞，在所述方法中，承受至少一個燃料射束的活塞頂通過噴出的油來冷卻。
背景技術：
WO 2007/110056A1中公開了一種用於內燃機的活塞，在其環繞的冷卻通道中設置平行於活塞頂設置的環狀分隔壁。所述分隔壁具有一個或多個噴嘴狀開口。油用作活塞的冷卻介質。開口的油噴出射束定向到活塞頂下側上。在此，噴出射束撞到下側的一些區域上，所述區域在相對置的上側上的區域承受至少一個燃料射束。在內燃機中的活塞運行時，由於燃料燃燒，在活塞頂的上側以及活塞本身上產生高溫。不利的是高溫下的運行影響活塞的運行安全性，因為在高溫下活塞可能在氣缸內膨脹並且由此在活塞上產生其它的摩擦條件。活塞頂上側上的高的熱負荷也會導致活塞材料疲勞並且長時間之後由於過熱而導致活塞材料變廢。

發明內容
因此，本發明的任務是提供一種開頭所述類型的方法和活塞，藉此可降低活塞在運行時的溫度。根據本發明，該任務以下述方式得以解決所述油連續地有針對性地被噴射到活塞頂下側的這樣的區域上，該區域位於活塞頂(Kolbenboden)的不直接承受燃料射束的區域的對面。根據本發明的內燃機活塞的冷卻可產生如下優點—方面，通過藉助於油來進行有針對性的冷卻，降低了活塞中的燃燒室凹腔上的溫度和環形槽上的溫度。另一方面，通過降低的工作溫度提高了活塞的運行安全性。在此， 根據本發明，活塞、尤其是活塞頂的表面溫度得到降低。此外，通過冷卻降低了活塞材料疲勞的危險。也長期防止了材料變廢，例如防止材料裂紋、材料磨損和/或材料耗損。另外， 通過分隔元件中的適合數量的開口和適合的開口直徑可最佳地冷卻活塞。通過壓力室中適合的壓力可使油從壓力室中最佳地噴出，從而避免在活塞下側上形成油積碳。在本發明的一種有利的方案中，活塞具有至少一個中斷的冷卻通道，由此冷卻通道本身並不完全在活塞中環繞。在本發明的另一種有利的方案中，活塞具有多個冷卻通道， 所述冷卻通道分別是中斷的並且彼此間隔開地在優選一個平面中環繞。這些冷卻通道在此優選分別與活塞中軸線隔開相同距離地設置在一個平面中。作為替換方案，在另一種有利的方案中，活塞的冷卻通道也可作為一個完整的冷卻通道在活塞中環繞。根據本發明，分隔元件定位在冷卻通道中並且將活塞的冷卻通道劃分為兩個區域。在冷卻通道中的一個形成的區域是在容積上減小的冷卻通道並且另一個形成的區域是在原先的冷卻通道中形成的壓力室，該壓力室的容積大約等於冷卻通道的容積和所述減小的冷卻通道的容積之差。 分隔元件在此具有至少一個開口，油從所述開口出發連續噴出並且油從所述開口出發被噴射到活塞頂下側上。 這樣構造分隔元件，使得其配合冷卻通道的形狀。由此，分隔元件可配合地定位在冷卻通道中。在此，分隔元件可設計成一個部件。作為替換方案，分隔元件也可由多個零部件構成並且所述零部件組合成一個分隔元件。分隔元件可具有分隔壁形式的平面形狀、具有凸拱的形狀、具有傾斜的形狀或具有任意其它可能的幾何形狀。分隔元件的尺寸在此適配於活塞的應用。因此根據活塞的尺寸和由此也根據冷卻通道的尺寸適配地確定分隔元件的尺寸。在本發明的一種優選的方案中，分隔元件由金屬或輕金屬、優選鋼、鋼合金、鋁或鋁合金製成。另外，分隔元件可由塑料或硬質材料製成。分隔元件優選藉助成形工藝如鑄造、藉助變形工藝如鍛造或壓制和/或藉助切削的製造工藝如車削、磨削或銑削製成。活塞的冷卻通道中的壓力室形成在冷卻通道的一部分壁和分隔元件的一部分壁之間。根據本發明，壓力室填充處於壓力下的油。作為替換方案，壓力室也可填充任意另一種冷卻介質。活塞中壓力室的一部分表面優選藉助製造工藝、優選藉助切削的製造工藝進行加工以便形成良好的表面質量。良好的表面質量允許分隔元件配合地裝入藉助製造工藝如磨削和/或銑削加工出的冷卻通道中。在此優選從側面加工所述壓力室的一部分壁，也就是說，例如在兩件式的活塞的情況下，刀具分別從側面在分隔元件和壓力室壁的接觸面上配合地加工壓力室壁以及加工壓力室的其餘表面。通過將分隔元件配合地裝入冷卻通道中可形成封閉的壓力室，因為冷卻通道的壁和分隔元件構成具有小公差的配合。在本發明的另一種有利的方案中，冷卻通道中的由分隔元件構成的壓力室通過至少一個密封元件、優選藉助至少一個密封環元件和/或至少一個硬橡膠在分隔元件和冷卻通道的部分接觸面上相對於活塞中的冷卻通道密封，以避免壓力室中的壓力損失。根據分隔元件和冷卻通道的接觸面的形狀和設計方案優選使用密封環元件和/或硬橡膠。在填充油的壓力室中優選建立1.5至10巴、優選約3巴的壓力。由此壓力連續建立在壓力室中並且油連續地積聚在壓力室中。在此，新油分別以一定的壓力和體積流量連續補充到壓力室中，從而保持為運行設定的壓力。在填充油的壓力室中建立的壓力優選通過連杆或銷藉助泵作用或噴射來產生。在通過銷供給油時，例如可通過銷孔來供給油。根據活塞的應用和大小，可配合地設定另一在1. 5巴至10巴的界限之外的壓力。作為本發明的一種優選的方案，分隔元件藉助摩擦鎖合連接、優選螺紋連接或壓接固定在冷卻通道上。在螺紋連接的情況下，分隔元件定位在冷卻通道中並且優選藉助至少一個螺栓和或活塞中的至少一個螺紋固定在冷卻通道上。在壓接的情況下，這樣將分隔元件固定在冷卻通道中，使得優選在分隔元件和冷卻通道之間形成不可分開的連接。替換或附加地，分隔元件可藉助材料鎖合連接、優選粘接和/或焊接固定在冷卻通道上。在材料鎖合連接的情況下，定位在冷卻通道中的分隔元件優選固定粘接在冷卻通道上和/或優選與冷卻通道焊接在一起。由此在分隔元件和冷卻通道之間形成不可分開的連接。在另一種有利的方案中，冷卻通道中的分隔元件藉助成形工藝、優選鑄造來製造。 活塞在此也優選通過成形工藝、例如砂型鑄造或金屬型鑄造構造為一件式的活塞。於是，冷卻通道和位於其中的分隔元件一同在例如砂型鑄造時通過失芯技術直接在活塞中製造。作為替換方案，分隔元件在金屬型鑄造時也可直接藉助失芯技術在鑄造時被一同鑄造到活塞中。作為替換方案，上部和下部可單獨鑄造，其中，分隔元件在鑄造上部或下部時被一同鑄造出ο作為替換方案，活塞或上部和下部也可藉助變形工藝如鍛造或壓制、或藉助切削工藝如車削或銑削來製造。作為替換方案，上部和下部也可分別藉助不同的製造工藝來製造。一件式的活塞優選由金屬或輕金屬、優選由鐵、鋼、鋼合金、鋁或鋁合金製成。在兩件式的包括上部和下部的活塞中，可為上部和下部使用相同或不同的材料。用於上部和下部的材料優選是金屬或輕金屬、尤其是鐵、鋼、鋼合金、鋁或鋁合金。接下來僅示例性地說明分隔元件中一個唯一開口的設計方案。壓力室中的處於壓力下的並且用於冷卻活塞的油通過分隔元件中的至少一個開口被連續朝向活塞下側噴射。 所述油優選連續地有針對性地被噴射到活塞頂下側的這樣的區域上，該區域位於活塞頂的不直接承受燃料射束的區域的對面。由此正好冷卻活塞的未通過至少一個燃料射束冷卻的區域。由溫度測量可知在這樣的區域(燃料射束在活塞中不撞到這些區域上且這些區域不被燃料射束的燃油冷卻)內會出現100°c且更高的溫度。在活塞中被燃料射束撞到的區域的溫度比不被燃料射束撞到的區域的溫度要低。燃料射束可理解為導入到燃燒室中的燃油射束，其撞到活塞頂的表面上並且在燃燒室中燃燒。開口可構造在分隔元件本身之中或通過兩個或更多的、可一起組合成一個分隔元件的零部件構成。根據冷卻通道的設計方案，分隔元件也構造成分配環或環的形式，就冷卻通道的圓形、環形和/或橢圓形的環繞而言，油通過分隔元件的開口相應配合地噴射到活塞頂下側上。冷卻通道也可在圓形、環形和/或橢圓形環繞的情況下在延伸上中斷，使得僅在將各個中斷區域假想連接時得到完整的圓形、環形和/或橢圓形形狀。分隔元件中的開口優選構造為普通的孔。在此，不對分隔元件中的開口在表面和形狀方面進行製造技術上的特殊加工。作為替換方案，開口也可構造為文丘裡噴嘴或另一種噴嘴類型。在此，作為替換方案，也可將作為普通孔的開口按照噴嘴的形式鑽出，從而產生噴嘴式孔。作為替換方案，開口可在鑄造分隔元件本身時就已加入到分隔元件中。作為本發明的另一種有利的方案，開口優選構造為管狀的、狹槽狀的和/或噴嘴狀的。在一種將開口設計為寬狹槽的方案中，形成狹槽狀開口，從其中可噴出寬的面狀射束。根據本發明，開口這樣朝活塞頂下側的一個區域定向，使得油連續地有針對性地被噴射到活塞頂下側的該區域上，該區域位於活塞頂的不直接承受所述至少一個燃料射束的區域的對面。替換或附加地，在另一種有利的方案中，開口也可朝活塞頂下側的一個區域定向，使得油連續地有針對性地被噴射到活塞頂下側的該區域上，該區域位於活塞頂的直接承受所述至少一個燃料射束的區域的對面。由此，在使用至少兩個開口的情況下，活塞頂下側的在對面側(相反側)承受燃料射束的區域和活塞頂下側的在對面側不直接承受燃料射束的區域可藉助相應的開口(例如相應配置的開口)來噴射，使得承受燃料射束的區域被其中一個開口噴射並且不承受燃料射束的區域被另外一個開口噴射。作為替換方案，油也可通過一個唯一的開口被噴射到活塞下側的一個區域上，所述區域在對面側上在一些局部區域中承受燃料射束並且在一些局部區域中不承受燃料區域。在另一種有利的構型中， 分隔元件中的開口的形狀和設計方案也可變化，使得在一個分隔元件中存在多個不同的開口類型。在本發明的另一種有利的方案中，通過活塞的衝程運動所述油從壓力室出發通過分隔元件的開口附加地朝向活塞頂下側噴出和加速。尤其是當活塞從燃燒室中再次移出並且燃燒室在此擴大時，由於壓力室中的油的慣性，壓力室中的壓力通過活塞的衝程運動被增大。為了在活塞運行期間實現活塞的最佳冷卻，必須將分隔元件中的開口數量協調一致。為了最佳冷卻也必須調整開口的直徑。分隔元件中開口的尺寸在此要根據分隔元件的尺寸和活塞所需的冷卻功率進行調整。在另一種有利的方案中，優選為一個完整環繞的通道使用1至180個開口。用於中斷的冷卻通道的開口數量藉助一因數得出，該因數可由中斷的冷卻通道的長度和完整環繞的冷卻通道的長度之比計算出。因此，在50%環繞的冷卻通道中，優選開口數量為1至90，因為所得出的比值為0.5。替換或補充地，開口數量和開口直徑的比值可以在1 10 1/mm(每毫米十分之一個)和360 1 l/mm(每毫米360個) 之間。在本發明的另一種有利的方案中，活塞包括上部和下部，在組合該活塞時可由上部和下部形成至少一個共同的支承面。由此可在該支承面的區域中將單獨的分離元件簡單地定位和安裝在活塞中。在本發明的另一種有利的方案中，活塞包含至少一個冷卻狹槽和/或至少一個冷卻孔。所述冷卻狹槽和/或冷卻孔可以優選分別設置在各中斷的冷卻通道之間，使得藉助於冷卻狹槽和/或冷卻孔加強對活塞或者說活塞頂的冷卻。


藉助四個附圖詳細闡述本發明的優選的實施方式。附圖如下圖1為活塞的局部圖，在活塞的冷卻通道中分隔元件藉助支撐螺栓固定在冷卻通道上；圖2和3為活塞局部圖中的分隔元件，其藉助硬橡膠和螺栓固定在活塞的冷卻通道中；和圖4為活塞局部圖中的分隔元件的另一種實施例。
具體實施例方式附圖1至4中示出用於內燃機的活塞1的局部圖。活塞1在三種實施例中分別構造相同的並且接下來首先對其進行概括說明。之後，分別詳述這三種實施例。最後，參考這三種實施例說明運行狀態中的活塞。在四個附圖中相同部件使用同一附圖標記並且新的附圖標記在附圖中用於不同部件。用於內燃機的活塞1在三種實施例中包括上部2和下部3。上部2相對於下部3單獨製造。在上部2和下部3之間可形成至少一個共同的支承面。在三種實施例中分別形成兩個支承面4、5。上部2和下部3在實施例中藉助摩擦鎖合連接、例如藉助唯一的螺紋連接彼此連接(未示出)。為了定位上部2和下部3，使用銷釘，該銷釘將所述兩個支承面4、5配合地定位。替換或附加地，上部和下部也可藉助另一種摩擦鎖合連接、例如壓接彼此連接。替換或附加地，上部和下部也可藉助材料鎖合連接、例如粘接和/或焊接彼此連接。活塞1具有至少一個燃燒室凹腔6 (在實施例中唯一的燃燒室凹腔6)、至少一個環形槽7 (在實施例中三個環繞整個活塞1的環形槽7)、唯一的活塞頂17、至少一個冷卻通道9(在實施例中兩個在活塞1中中斷的冷卻通道9)和至少一個用於將油從相應的冷卻通道9排出的排出口 10(在實施例中多個用於相應的中斷的冷卻通道9的排出口 10)。另外， 在根據圖1至3的實施例中，活塞1為每個中斷的冷卻通道9具有一個唯一的在槽中的、在相應的中斷的冷卻通道9中環繞的密封環8並且在根據圖4的實施例中具有兩個在相應的中斷的冷卻通道9中環繞的密封環8。密封環8在活塞1中的首先任務是將相應的中斷的冷卻通道9相對於氣缸套的區域密封。在實施例中，多個燃油射束撞到活塞頂17的上側上 (在圖1至4中未示出)。接下來示例性地詳細說明活塞1中的兩個中斷的冷卻通道9之一。另一中斷的冷卻通道構造成相同的。所述兩個中斷的冷卻通道9在此分別這樣設置在活塞1中，S卩，它們位於一個平面中並且與活塞中軸線(在衝程方向上看)隔開相同距離地在活塞1中彼此隔開相同距離，由此在各個實施例中形成對稱設置。所述兩個中斷的冷卻通道9在此分別基於其尺寸構成一個約150°的角。具有這兩個中斷的冷卻通道9的活塞1可附加地在有些位置上具有至少一個冷卻狹槽和/或至少一個冷卻孔，在所述位置上在兩個中斷的冷卻通道9之間存在距離。在實施例中，在所述位置上分別設置兩個冷卻狹槽，以便進一步支持冷卻。接下來所描述的活塞1中的兩個中斷的冷卻通道9之一在實施例中通過分隔元件 11被劃分為兩個區域。冷卻通道9的一個形成的區域是壓力室12，該壓力室形成於冷卻通道9的壁的一部分和分隔元件11的壁的一部分之間。冷卻通道9的另外的第二區域是在容積上相對於原始冷卻通道9減小的冷卻通道9a。在所述三個實施例中，中斷的冷卻通道9僅具有一個唯一的分隔元件11，該分隔元件僅由一個唯一的零部件構成。分隔元件11在整個中斷的冷卻通道9的區域中環繞一次。分隔元件11在根據圖1至4的實施例中還具有至少一個開口 16。這些實施例分別具有多個開口 16，其在各個實施例中還將被詳細說明。作為替換方案，分隔元件可由多個用於組合成一個完整的分隔元件的零部件構成，該分隔元件組合成在中斷的冷卻通道的區域中完整環繞。至少一個開口在此也可通過至少兩個分隔元件構成，由此在組合所述至少兩個分隔元件時形成至少一個唯一的開口。在所述實施例中，分隔元件11例如由鋁合金製成。接下來，分別對所述三個實施例進行詳細說明。分隔元件11在根據圖1的實施例中藉助摩擦鎖合連接、例如螺紋連接固定在中斷的冷卻通道9中。
為了螺紋連接，在該實施例中，在活塞1的中斷的冷卻通道9中使用支撐螺栓13， 其藉助螺紋擰緊在活塞1的下部3中。為了將分隔元件11固定在活塞1的中斷的冷卻通道9中，優選使用三個支撐螺栓13。作為替換方案，可用任意其它的螺栓類型、如圓柱頭螺栓來代替支撐螺栓，以便將分隔元件11固定在活塞1上。此外，下部3在設置支撐螺栓13 的位置上具有配合的螺紋孔。此外，分隔元件11在這些位置上具有配合的固定孔14，在所述位置上支撐螺栓13 定位在分隔元件11下方。下面示例性地說明圖1所示的使用的支撐螺栓13之一。通過將支撐螺栓13定位在分隔元件11的固定孔14中，分隔元件11可在支撐螺栓13的上側上藉助螺母固定於支撐螺栓上，支撐螺栓以其下側藉助螺紋擰緊於下部3中。根據圖1，分隔元件11在此以一個區域平置於下部3的一個平面上，從而形成壓力室12。分隔元件11的另一區域與冷卻通道9的壁藉助至少一個密封元件、優選藉助至少一個密封環元件15和/或至少一個硬橡膠相對於活塞1中減小的冷卻通道9a密封。在根據圖1的實施例中，為分隔元件11分別使用一個唯一的密封環元件15，其密封在分隔元件11 和冷卻通道9的壁之間壓力室12。在此，根據圖1，密封環元件15嵌入分隔元件11中的槽中。作為替換方案，分隔元件可藉助硬橡膠相對於冷卻通道壁密封，硬橡膠例如在下部中定位在分隔元件和冷卻通道壁之間。為了在使用分隔元件11之前形成良好的表面質量，藉助製造工藝、優選藉助切削製造工藝如銑削和/或磨削來加工活塞1中的壓力室12的表面，使得用於該實施例中的密封環元件15可良好地密封並且分隔元件11可很好地在冷卻通道中貼靠在下部3上。在該實施例中，壓力室首先被銑削並且然後被磨削，從而形成光滑的高質量表面。在某些活塞方案中、如在鑄造的活塞中，也可放棄所述方法步驟。替換或附加地，分隔元件也可藉助另一種摩擦鎖合連接、優選壓接固定在冷卻通道中。為此，通過將分隔元件例如楔形地插入或者說壓入下部中，分隔元件和冷卻通道的壁形成摩擦鎖合的連接。替換或附加地，分隔元件也可藉助材料鎖合連接、優選粘接和/或焊接固定在冷卻通道中。為此將分隔元件與冷卻通道壁粘接和/或焊接。在該實施例中，藉助多個位於活塞1的下部3中的進油孔(未在圖1中示出)向壓力室12中輸送油。根據圖1的分隔元件11具有多個開口 16，其構造成管狀的。在此，根據圖1，分隔元件11具有多個管狀的上端部分，其彼此間隔開地設置。例如藉助鑽孔在所述上端部分中分別加工出根據圖1的管狀開口 16。孔形的開口 16在此不進行特殊加工。可通過開口 16 的形狀使油有針對性地被噴射到活塞頂下側18上。通過根據圖1的上端部分16的尺寸，從壓力室12噴出的油不會被噴入到積聚在減小的冷卻通道9a內的油中，因為該上端部分突出於積聚在減小的冷卻通道9a中的油。作為替換方案，各個開口也可構造為噴嘴狀的、例如文丘裡噴嘴式的。由此，從壓力室噴出的油的壓力與從普通孔噴出的油的壓力相比進一步增大或者說優化。接下來詳細說明圖2和3的實施例。
在根據圖2和3實施例中，在分隔元件11中設置凹腔，其構成壓力室12。分隔元件11在此平置於在中斷的冷卻通道9的區域中環繞的硬橡膠20上，硬橡膠配合地插入下部3中的中斷的冷卻通道9的凹部中。硬橡膠20在此配合冷卻通道9的輪廓。凹腔通過穿過下部3和硬橡膠20的連杆或銷藉助於至少一個分別穿過下部3和硬橡膠20的進油孔 21藉助於泵作用或噴射被供給油。在根據圖2和3的實施例中，活塞1具有多個進油孔21。 在凹腔中通過從進油孔21在壓力下被供給的油不斷建立壓力，其中，新供給的油以規定的壓力和以規定的體積流量連續地後續流入壓力室12、即流入凹腔中。根據圖3，通過分隔元件11中的至少一個固定孔14(在該實施例中優選為三個固定孔14)並且通過硬橡膠20中的至少一個孔(在該實施例中優選為三個孔)，至少一個圓柱頭螺栓22 (在該實施例中優選為三個圓柱頭螺栓2 穿過分隔元件11和硬橡膠20並且藉助至少一個螺紋(在該實施例中為三個螺紋)與下部3擰緊。在此，每個圓柱頭螺栓22 穿過一個固定孔14和硬橡膠20的一個孔並且根據圖3藉助於螺紋擰接。由此，分隔元件 11和硬橡膠20與活塞1的下部3固定連接並且在中斷的冷卻通道9中形成通過硬橡膠20 密封的壓力室12。根據圖2和3的分隔元件11具有多個狹槽狀開口 16，在圖2和3中分別僅示出一個開口 16。分隔元件11具有多個配合的狹槽狀上端部分，其分別具有一個狹槽狀開口 16。 上端部分在此分別具有深度T。狹槽狀開口 16在根據圖2和3的實施例中分別在分隔元件 11或者說相應的上端部分中被鑽出。接下來簡要描述圖2中的狹槽狀開口 16。圖2中所示的狹槽狀開口 16分別藉助於在中斷的冷卻通道9中的上端部分以一定的角區段(例如40° )在中斷的冷卻通道中環繞。由此，當油從分隔壁11的狹槽狀開口 16中狹槽狀地噴出時，藉助開口 16的狹槽形狀可噴射活塞頂下側18的一個面狀區域。作為替換方案，分隔元件也可粘接在硬橡膠上。隨後，可將與冷卻通道的下部區域相配合的硬橡膠粘接在冷卻通道中的凹部中。接下來詳述圖4的實施例。在根據圖4的實施例中，分隔元件11作為一個部件摩擦鎖合地嵌入活塞1的下部 3中並且與其固定。在此，在下部3和分隔元件11之間形成兩個接合區域23。根據圖4，分隔元件11的壓力室12藉助兩個密封環8相對於減小的冷卻通道9a和氣缸套密封，所述密封環分別定位在根據圖4的分隔元件11的一個槽中。在上部2的背離環形槽7的一部分壁和位於分隔元件11中的凹腔之間形成壓力室12，油從該壓力室中通過分隔元件11的至少一個開口 16流出。在該實施例中，分隔元件11具有多個開口 16。所述開口在此分別配合地設置在分隔元件11中，使得根據圖4 一個開口 16例如形成於分隔元件11的上方接片中。在根據圖4的實施例中，所述開口 16分別在分隔元件11中被鑽出。通過相應的鑽孔的深度和形狀產生管狀開口 16，其將流出的油配合地朝向活塞頂下側18引導。另外，分隔元件11具有多個進油孔21。在圖4中僅示出一個開口 16和一個進油孔21。接下來示例性地說明根據圖1至4的三種實施例的活塞1在內燃機中的運行。在實施例中通過連杆和銷藉助泵作用或噴射在壓力下被供給的油經由進油孔21 流入中斷的冷卻通道9的壓力室12中。由此，油分布在壓力室12中。在此在壓力室12中建立的壓力、優選約3巴的壓力可連續地將油從分隔元件11的開口 16朝活塞頂下側18的方向噴出。從每個開口 16噴出一個唯一的射束19。在根據圖1和4的實施例中，射束19 基於相應的鑽孔形狀的開口 16的管狀造型而具有大致圓形的射束19。在根據圖2和3的實施例中，相應的射束19按照噴出的面狀的油壁的形式構成，因為根據圖2和3的開口 16 的形狀分別是狹槽狀的。撞到活塞頂下側18上的射束19在所述三個實施例中藉助相應的開口 16的定向準確地撞到活塞頂下側18的這樣的區域上，這些區域位於活塞頂17的不直接承受燃料射束的區域的對面。替換或附加地，也可藉助相應的開口的定向將油噴射到活塞頂下側的這樣的區域上，這些區域位於活塞頂的直接承受燃料射束的區域的對面。當活塞1下降、即當燃燒室擴大時，由於油的慣性，油在較高的壓力下(在所述三個實施例中油分別具有大於3巴的壓力)通過相應的開口 16從壓力室12中噴出並且從開口 16朝活塞頂下側18方向加速。剛剛噴入減小的冷卻通道9a中的油隨後再次通過多個排出口 10從減小的冷卻通道9a中排出。為了具有至少一個冷卻狹槽和/或至少一個冷卻孔的活塞，在另一種可能的代替上述實施例的實施方式中，活塞可構造為單支承活塞(Einauf lagenkolben)，也就是說該活塞僅需一個唯一的(內)支承面。作為內支承面例如參見圖1中位於內部(靠近活塞中軸線)的支承面4。在上述實施例的另一種可能的代替方案中，活塞中的冷卻通道也可是環繞的。分隔元件配合冷卻通道的形狀和大小進行調整。例如可使用一件式的、環繞的分隔元件。優選在環繞的冷卻通道的情況下使用六至八個固定裝置(例如支撐螺栓或圓柱頭螺栓)以及配合數量的螺紋以將分隔元件固定在環繞的冷卻通道中。作為替換方案，在另一種實施方式中，活塞僅具有一個唯一的冷卻通道並且在此活塞的該冷卻通道是中斷的，使得冷卻通道圍繞活塞中軸線形成小於360°的角度。分隔元件配合冷卻通道的形狀和大小進行調整。在另一種替換的實施方式中，活塞包括鑄造的上部和單獨鑄造的下部。在這種活塞中，分隔元件也可藉助成形工藝、優選鑄造在活塞部件的冷卻通道中一同被製造，其方式是例如下部藉助鑄造工藝、如砂型鑄造或金屬型鑄造來製造並且例如藉助失芯技術直接在下部中鑄造出分隔元件。在另一種替換的實施方式中，也可將包括上部和下部的整個活塞作為一件式的活塞與分隔元件一同鑄造出。在另一種替換的實施方案中，可在活塞中實現圖1至4所示的三種實施方案的任
思組合。附圖標記列表1 活塞2 上部3 下部4 支承面5 支承面
6燃燒室凹腔
7環形槽
8密封環
9冷卻通道
9a減小的冷卻通道
10排出口
11分隔元件
12壓力室
13支撐螺栓
14固定孔
15密封環元件
16開口
17活塞頂
18活塞頂下側
19射束
20硬橡膠
21進油孔
22圓柱頭螺栓
23接合區域
T(狹槽狀開口的)深度
權利要求
1.用於冷卻內燃機的活塞(1)的方法，其中，承受至少一個燃料射束的活塞頂(17)通過噴射的油來冷卻，所述油通過在填充油的壓力室(1 中產生的壓力從壓力室(1 出發通過分隔元件(11)的至少一個開口(16)有針對性地被噴射到活塞頂下側(18)的至少一個區域上，所述分隔元件定位在活塞(1)的冷卻通道(9)中並且由此在冷卻通道(9)中在冷卻通道(9)的一部分壁和分隔元件(11)的一部分壁之間構成可填充油的所述壓力室 (12)，其特徵在於，將所述油連續地有針對性地噴射到活塞頂下側(18)的這樣的區域上， 該區域位於活塞頂(17)的不直接承受燃料射束的區域的對面。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述填充油的壓力室(1 中建立1.5 巴至10巴、優選約3巴的壓力。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述在填充油的壓力室(1 中建立的壓力經由連杆或銷藉助於泵作用或噴射來產生。
4.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，所述油附加地連續地有針對性地噴射到活塞頂下側(18)的這樣的區域上，該區域位於活塞頂(17)的直接承受燃料射束的區域的對面，從而承受燃料射束的區域和不承受燃料射束的區域都被噴射。
5.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，通過活塞(1)的衝程運動，將所述油從壓力室(12)出發通過分隔元件(11)的開口(16)附加地朝向活塞頂下側(18)噴出和加速。
6.內燃機的活塞(1)，其包含活塞頂(17)和冷卻通道(9)，所述活塞頂承受至少一個燃料射束，具有至少一個開口(16)的分隔元件(11)定位在所述冷卻通道中，由此在冷卻通道 (9)的一部分壁和分隔元件(11)的一部分壁之間形成壓力室(12)，所述壓力室填充處於壓力下的油，其特徵在於，所述開口(16)是如此定向的，使得油連續地有針對性地噴射到活塞頂下側(18)的這樣的區域上，該區域位於活塞頂(17)的不直接承受燃料射束的區域的對面。
7.根據權利要求6所述的活塞(1)，其特徵在於，所述開口(16)是如此定向的，使得油連續地有針對性地噴射到活塞頂下側(18)的這樣的區域上，該區域位於活塞頂(17)的直接承受燃料射束的區域的對面。
8.根據權利要求6或7所述的活塞(1)，其特徵在於，所述活塞(1)具有至少一個中斷的冷卻通道(9)。
9.根據上述權利要求之一所述的活塞(1)，其特徵在於，所述分隔元件(11)藉助摩擦鎖合連接、優選螺紋連接或壓接固定在冷卻通道(9)上。
10.根據上述權利要求之一所述的活塞(1)，其特徵在於，所述分隔元件(11)藉助材料鎖合連接、優選粘接和/或焊接固定在冷卻通道(9)上。
11.根據上述權利要求之一所述的活塞(1)，其特徵在於，所述分隔元件(11)由多個零部件構成。
12.根據上述權利要求之一所述的活塞(1)，其特徵在於，在冷卻通道(9)中的通過分隔元件(11)構成的壓力室(12)經由至少一個密封元件、優選藉助於至少一個密封環元件 (15)和/或至少一個硬橡膠00)相對於活塞(1)中的冷卻通道(9)密封。
13.根據上述權利要求之一所述的活塞(1)，其特徵在於，所述開口(16)構造成管狀的、狹槽狀的和/或噴嘴狀的。
14.根據上述權利要求之一所述的活塞(1)，其特徵在於，所述活塞(1)包含至少一個冷卻狹槽和/或至少一個冷卻孔。
全文摘要
本發明涉及一種用於冷卻內燃機的活塞(1)的方法，其中，承受至少一個燃料射束的活塞頂(17)通過噴射的油來冷卻，所述油通過在填充油的壓力室(12)中產生的壓力從壓力室(12)出發通過分隔元件(11)的至少一個開口(16)有針對性地被噴射到活塞頂下側(18)的至少一個區域上，所述分隔元件定位在活塞(1)的冷卻通道(9)中並且由此在冷卻通道(9)中在冷卻通道(9)的一部分壁和分隔元件(11)的一部分壁之間構成可填充油的所述壓力室(12)，根據本發明將所述油連續地有針對性地噴射到活塞頂下側(18)的這樣的區域上，該區域位於活塞頂(17)的不直接承受燃料射束的區域的對面。
文檔編號F01P3/08GK102575614SQ201080032559
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月23日 優先權日2009年7月25日
發明者M·拉誇, V·萊納特 申請人:Ks科爾本施密特有限公司