CN101278118A - 具有改进的冷却特性的活塞 - Google Patents

Abstract

一种适合在内燃机的气缸内往复运动的活塞。所述活塞包括：顶部和从所述顶部向下延伸的裙部。活塞体在所述顶部下方延伸，所述裙部环绕所述活塞体的至少一部分。内部冷却通道限定在所述顶部下方的活塞体内。外部冷却通道限定在所述裙部和所述活塞体之间，并位于所述顶部下方。此外，至少一个孔在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸，用于在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间提供流体连通。

Description

具有改进的冷却特性的活塞

技术领域

本发明整体涉及内燃机用的活塞，更具体地，本发明涉及具有改进的冷却特性的活塞。此外，本发明还公开了具有改进的冷却剂流动能力的活塞连杆组件。

背景技术

除了其它基本部件以外，相关领域中公知的内燃机通常包括：发动机主体，其具有一个或多个气缸；气缸盖，其与发动机主体相连；以及活塞，其被支承为在每个气缸内往复运动。活塞通常包括活塞体，活塞体具有顶部和从顶部向下延伸的裙部。连杆将活塞与曲轴操作互连。在活塞体内形成有销孔，该销孔与连杆内的类似孔相对应。穿过对应的孔放入销，以将活塞连接到连杆上。

通常，燃料在气缸内燃烧，以使活塞往复运动。活塞驱动连杆，连杆驱动曲轴，从而使曲轴在发动机主体内旋转。这样，曲轴输出动力以驱动汽车或任意数量的其它装置。具体地，气缸内的燃烧压力向下驱动活塞以使活塞基本进行直线运动。

活塞顶部的上表面限定气缸内的燃烧室的底面。具体地，活塞顶部包括通常称为“燃烧碗”的凹陷区域，该凹陷区域承受在内燃机操作期间燃料燃烧时释放的能量冲击。因此，相对于活塞体的其余部分来说，活塞顶部承受的热负荷和机械负荷的量是不相称的。

鉴于这些相对严酷的条件，公知的是提供冷却通道，该冷却通道沿活塞顶部的下侧形成并用于降低活塞的表面温度。通常，冷却通道是形成在活塞体内的空隙，其适合当活塞在气缸内循环运动时接收油。活塞在气缸内的运动导致在整个冷却通道内传输油，因为油飞溅到这些冷却通道的壁上，从而产生“调酒器”效果。这样，活塞的周围区域得到冷却。

相关技术中已知类型的活塞可包括：内部冷却通道，其通常形成在活塞顶部下方的活塞体内；以及外部冷却通道，其与内部冷却通道径向隔开，并且在活塞的裙部和活塞体之间更靠近活塞的外壁。由通常在裙部和活塞体之间延伸的壁限定外部冷却通道的底部。典型地，内部冷却通道与外部冷却通道纵向隔开，并且位于外部冷却通道下方。通常在内部和外部冷却通道之间形成有通路，以促进冷却剂在内部和外部冷却通道之间的流动。

但是，由于内部和外部冷却通道相对于彼此的相对位置，以及限定外部冷却通道的底部的壁的位置，通常以相对于内部冷却通道的表面倾斜的角度穿过活塞体钻出在内部和外部冷却通道之间延伸的通路。通常，必须从内部冷却通道的内部向外朝向外部冷却通道钻出这些通路。在实践中，难以形成这种倾斜的通路，这是因为这样的通路需要专用的钻床、设备和工序以保证在活塞体中有效地钻出合适的通路。重要的是，这些特殊的要求增加了活塞的制造成本。此外，由于形成倾斜通路所涉及的困难，导致与在内部和外部冷却通道之间不形成通路的活塞相比，这种具有通路的活塞的废品率更高。因此，在相关技术中，始终需要一种采用内部和外部冷却通道但可以低成本地制出内部通路的活塞。此外，在相关技术中始终需要一种活塞连杆组件，该组件能够促进高效地冷却组件的相关部件。

发明内容

本发明的活塞克服了在相关技术中存在的缺点，所述活塞适合在内燃机的气缸内进行往复运动。活塞包括顶部和从顶部向下延伸的裙部。活塞体在顶部下方延伸，裙部环绕主体的至少一部分。内部冷却通道形成在顶部下方的活塞体内。外部冷却通道形成在裙部和活塞体之间，并且位于顶部下方。此外，至少一个孔在内部冷却通道和外部冷却通道之间径向延伸，用于在内部和外部冷却通道之间提供流体连通。由于所述孔在两个冷却通道之间径向延伸并且不倾斜，所以可以采用常规的钻床、设备和工序来形成所述孔。重要的是，可以通过从活塞体的外部向内朝向内部冷却通道钻孔来形成所述孔。这简化了制造工序并降低了成本，同时保持充分或更好地冷却相关部件。

本发明还涉及在内燃机中使用的活塞连杆组件。活塞适合在内燃机的气缸内进行往复运动，并且包括顶部和从顶部向下延伸的裙部。活塞体在顶部下方延伸，并且裙部环绕主体的至少一部分。内部冷却通道限定在顶部下方的活塞体内。类似地，外部冷却通道限定在裙部和活塞体之间并且位于顶部下方。销孔穿过活塞体延伸。连杆适合将活塞和曲轴互连，以将活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。连杆具有至少一个端部，该端部具有穿过其延伸的孔，所述孔适合与活塞中的销孔对准。连杆的至少一个端部与活塞的内部冷却通道流体连通，并且包括在该端部上形成的贮存部。所述贮存部适合将冷却剂收集于其中，并用于将额外体积的冷却剂保持在内部冷却通道内。这样，促进了有效和高效地冷却活塞连杆组件。

通过下面结合附图的描述，可以更容易理解本发明的其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是操作设置在内燃机的气缸内的活塞连杆组件的使用状态剖视图；

图2是本发明的活塞的一个实施例的侧面剖视图，示出了在内部和外部冷却通道之间径向延伸的孔；

图3是本发明的活塞连杆组件的另一个实施例的侧面剖视图，示出了形成在连杆端部上的贮存部。

具体实施方式

本发明的活塞克服了相关技术中存在的缺点，所述活塞具有改进的冷却特性，在附图中整体上用10表示。在所有附图中，类似的附图标记表示类似的结构。图1示出了本发明的使用状态图。更具体地，活塞10、110适合在内燃机的气缸12内进行往复运动，内燃机用14示意性地表示。本技术领域的普通技术人员从下面的描述中可以认识到，本发明的活塞10、110可以用于多种不同的内燃机，包括但不限于火花塞点火式内燃机和压燃式内燃机。此外，还可以认识到，本发明的活塞10、110可以用于从单缸内燃机到具有多个气缸组的内燃机的整个范围内的任何构造中，其中所述内燃机的多个气缸组可以任何构造排列，例如直列式或直线式排列、V形排列、径向排列。在优选实施例中，本发明的活塞10、110是整体式钢制活塞。但是，本技术领域的普通技术人员可以认识到，活塞可以由多个部分构成，并且可以由任何适合的材料制造。如本技术领域所公知的，气缸可具有限定气缸壁的衬里17。活塞10包括整体用16、116表示的顶部和整体用18、118表示的从顶部16向下延伸的裙部。整体用20、120表示的活塞体在顶部16、116下方延伸，并且裙部18、118环绕主体20、120的至少一部分。活塞体20、120限定在活塞10、110的往复运动方向上延伸的纵向轴线A。销孔22、122形成于活塞体20、120内，并适合接收销23、123。

整体用24、124表示的连杆适合将活塞10、110和曲轴26、126互连，以将活塞10、110的往复运动转换成曲轴26、126的旋转运动。如下面更详细地说明，连杆24、124具有整体用28、128表示的至少一个端部，该端部具有孔30、130，所述孔穿过所述端部延伸并适合与活塞10、110中的销孔22、122对准。连杆24、124的另一端整体用32、132表示，并适合利用螺栓34、134或本技术领域公知的其它合适装置连接到曲轴26、126上。

活塞的顶部16、116限定燃烧碗(图2和3)，该燃烧碗具有促进在由活塞10和气缸12限定的燃烧室内的高效燃烧的形状。裙部18、118可包括多个活塞环岸38、138，所述活塞环岸环绕裙部的周边延伸，并且适合保持活塞环(未示出)。活塞环适合与气缸12的衬里17滑动接触。

如上所述，燃料在气缸12内燃烧以使活塞10、110往复运动。活塞驱动连杆24、124，连杆驱动曲轴36、136以使其在发动机主体内旋转。气缸内的燃烧压力向下驱动活塞以使活塞基本进行直线运动。在这种情况下，燃烧碗承受在内燃机操作期间燃料燃烧时释放的能量冲击。因此，相对于活塞体20、120的其余部分来说，活塞顶部承受的热负荷和机械负荷的量是不相称的。必须使这种热负荷消散掉。

为此，参考图2，本发明的活塞10还包括：内部冷却通道40，其限定在顶部16下方的活塞体20内；以及外部冷却通道48，其限定在裙部18和活塞体20之间并位于顶部16下方。外部冷却通道48环绕内部冷却通道40，并且内部冷却通道40和外部冷却通道48都适合保持和循环用于降低活塞10的表面温度的冷却剂，例如油。盖板42在裙部18和活塞体20之间延伸，以限定外部冷却通道48的底壁。盖板42和裙部18操作连接的位置与盖板42和活塞体20连接的位置纵向隔开。更具体地，如图所示，盖板42在横截面内限定弯曲的形状，使得盖板42的一端44与盖板42的另一端46纵向隔开。

此外，本发明的活塞10包括至少一个孔50，该孔在内部冷却通道40和外部冷却通道48之间径向延伸，并在内部冷却通道40和外部冷却通道48之间提供冷却剂的流体连通。更具体地，孔50与活塞10的纵向轴线A正交地径向延伸。另外，在优选实施例中，有多个孔在内部冷却通道40和外部冷却通道48之间径向延伸。每个孔50在活塞体20内所处的位置与裙部18的下端51纵向隔开。因为孔50与活塞10的纵向轴线A正交地径向延伸，所以能将更多的孔围绕活塞10的活塞体20布置并设置在内部冷却通道40和外部冷却通道48之间。另外，这种设计允许使用更小的孔直径，这能够更好地分配油和排出油，并且避免了内部冷却通道和外部冷却通道之间的压降。

可以通过穿过活塞体20的壁水平钻孔来在活塞体20内形成每个孔50。然后，可以安装盖板42。裙部18的下端51和盖板42的弯曲形状的空间关系使得易于进行基本水平的钻孔操作以形成这些孔50。这大大简化了活塞10的制造工序并降低了成本。

另外，在任何活塞的设计中，冷却通道必须具有足够的容积以便促进活塞的充分冷却。盖板42的弯曲形状允许设计者优化高宽比，并使冷却通道的容积最大。即使在要求更短的压缩高度的情况下，也能实现上述目的。如本技术领域的技术人员所公知的，术语“压缩高度”是指销23的中心线到活塞顶面或顶部16的距离。

内部冷却通道40与销孔22流体连通。为此，连杆可包括在连杆小端28的顶部和连杆的销孔22之间延伸的流出通路52。流出通路52提供了内部冷却通道40和销孔22之间的流体连通。此外，可以在连杆24的小端28和内部冷却通道40的底壁56之间形成间隙54。这样，外部冷却通道48通过在内部冷却通道40和外部冷却通道48之间径向延伸的孔50分别经由流出通路52和间隙54也与销孔22流体连通。这样，可以利用来自冷却通道40、48的冷却剂来润滑和冷却销接头。

现在参考图3，在该图中，本发明的可选实施例整体用110表示，其中，利用通过增加100而得到的类似附图标记表示与图2所示的活塞和连杆组件类似的结构。更具体地，图3所示的活塞110可与图2所示的活塞10基本类似。因此，活塞110可包括顶部116、从顶部向下延伸的裙部118、以及在顶部116下方延伸的活塞体120。此外，活塞110还可包括：内部冷却通道140，其限定在顶部116下方的活塞体120内；以及外部冷却通道148，其限定在裙部118和活塞体120之间。可利用弯曲的盖板142限定外部冷却通道148的底壁。活塞110还可包括至少一个或多个孔150，这些孔分别在内部冷却通道140和外部冷却通道148之间延伸。按照与关于图2所示的实施例所述的相同的方式，孔150在内部冷却通道140和外部冷却通道148之间提供流体连通。

图3所示的组件还包括连杆124，该连杆适合将活塞110与曲轴126互连，以将活塞110的往复运动转换为曲轴126的旋转运动。因此，连杆124具有至少一个端部，该端部整体用128表示并具有孔130，所述孔穿过所述端部延伸并适合与活塞110中的销孔122对准。连杆124的端部128与活塞110的内部冷却通道140流体连通，并包括在该端部128上形成的贮存部160。贮存部160适合将冷却剂收集和保持于其中。

为此，连杆124的端部128可限定内部冷却通道140的底壁的大部分。连杆124的小端128还可以包括在贮存部160和销孔122之间延伸的流出通路152。流出通路152在内部冷却通道140和销孔122之间提供冷却剂的流体连通。此外，可在连杆124的小端128和内部冷却通道140的底壁之间形成间隙154。这样，外部冷却通道148通过在内部冷却通道140和外部冷却通道148之间径向延伸的孔150分别经由流出通路152和间隙154也与销孔122流体连通。

贮存部160适合将冷却剂收集于其中，并用于在内部冷却通道140内保持额外体积的冷却剂。还可利用来自冷却通道140、148的冷却剂来润滑和冷却销接头。这样，可以促进有效和高效地冷却活塞连杆组件110、124。

因此，本发明的活塞10、110连杆24、124组件降低了制造成本，同时使整个组件具有更好的冷却特性。

上面以示例性方式描述了本发明。但是，应该理解，所用的术语是描述性的，而不是限制性的。通过上面的教导，可以对本发明做出多种改变和变型。因此，在后附权利要求书的范围内，可以按照与以上所述不同的方式来实施本发明。

Claims (19)

1.一种适合在内燃机的气缸内往复运动的活塞，所述活塞包括：

顶部和从所述顶部向下延伸的裙部；

活塞体，其在所述顶部下方延伸，所述裙部环绕所述活塞体的至少一部分；

内部冷却通道，其限定在所述顶部下方的活塞体内；

外部冷却通道，其限定在所述裙部和所述活塞体之间，并位于所述顶部下方；以及

至少一个孔，其在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸，用于在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间提供流体连通。

2.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述活塞体限定在所述活塞的往复运动方向上延伸的纵向轴线，所述至少一个孔在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间与所述纵向轴线正交地径向延伸。

3.根据权利要求2所述的活塞，还包括盖板，所述盖板在所述裙部和所述活塞体之间延伸以限定所述外部冷却通道的底壁，所述盖板和所述裙部操作连接的位置与所述盖板和所述活塞体连接的位置纵向隔开，以便容纳在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸的所述至少一个孔。

4.根据权利要求2所述的活塞，还包括盖板，所述盖板在所述裙部和所述活塞体之间延伸以限定所述外部冷却通道的底壁，所述盖板在横截面内具有弯曲的形状，使得所述盖板的一端与所述盖板的另一端纵向隔开，以便容纳在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸的所述至少一个孔。

5.根据权利要求1所述的活塞，还包括在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸的多个孔。

6.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述外部冷却通道环绕所述内部冷却通道。

7.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述活塞体包括销孔，所述销孔穿过所述活塞体延伸并适合接收销，以便将所述活塞和连杆操作互连，所述内部冷却通道与所述销孔流体连通。

8.根据权利要求7所述的活塞，其中，所述外部冷却通道通过在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸的所述至少一个孔与所述销孔流体连通。

9.一种在内燃机中使用的活塞连杆组件，所述组件包括：

活塞，其适合在内燃机的气缸内往复运动，所述活塞包括：顶部和从所述顶部向下延伸的裙部；活塞体，其在所述顶部下方延伸，所述裙部环绕所述活塞体的至少一部分；内部冷却通道，其限定在所述顶部下方的所述活塞体内；外部冷却通道，其限定在所述裙部和所述活塞体之间，并且位于所述顶部下方；以及形成在所述活塞体内的销孔；

连杆，其适合将所述活塞与曲轴互连，以将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动，所述连杆具有至少一个端部，该端部带有孔，所述孔穿过所述端部延伸并适合与所述活塞内的所述销孔对准；以及

所述连杆的所述至少一个端部与所述活塞的所述内部冷却通道流体连通，并且包括形成在所述端部上的贮存部，所述贮存部适合将冷却剂收集于其中。

10.根据权利要求8所述的活塞，所述连杆还包括在所述贮存部和所述销孔之间延伸的通路。

11.根据权利要求9所述的活塞，其中，所述连杆的所述至少一个端部限定所述内部冷却通道的底壁的大部分。

12.根据权利要求9所述的活塞，其中，所述活塞还包括在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸的至少一个孔，所述孔用于在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间提供流体连通。

13.根据权利要求12所述的活塞，其中，所述活塞体限定在所述活塞的往复运动方向上延伸的纵向轴线，所述至少一个孔在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间与所述纵向轴线正交地径向延伸。

14.根据权利要求13所述的活塞，还包括盖板，所述盖板在所述裙部和所述活塞体之间延伸以限定所述外部冷却通道的底壁，所述盖板和所述裙部操作连接的位置与所述盖板和所述活塞体连接的位置纵向隔开，以便容纳在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸的所述至少一个孔。

15.根据权利要求13所述的活塞，还包括盖板，所述盖板在所述裙部和所述活塞体之间延伸以限定所述外部冷却通道的底壁，所述盖板在横截面内具有弯曲的形状，使得所述盖板的一端与所述盖板的另一端纵向隔开，以便容纳在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸的所述至少一个孔。

16.根据权利要求9所述的活塞，还包括在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸的多个孔。

17.根据权利要求9所述的活塞，其中，所述外部冷却通道环绕所述内部冷却通道。

18.根据权利要求9所述的活塞，其中，所述销孔适合接收销，以便将所述活塞和所述连杆操作互连，所述内部冷却通道与所述销孔流体连通。

19.根据权利要求18所述的活塞，其中，所述外部冷却通道通过在所述内部冷却通道和所述外部冷却通道之间径向延伸的所述至少一个孔与所述销孔流体连通。

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