專利名稱：用于活塞的冷卻通道風(fēng)扇組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，更具體地涉及一種 具有內(nèi)部冷卻通道的活塞，在該通道內(nèi)具有一種用于改善冷卻液在
冷卻通道內(nèi)的流動(dòng)和性能的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
工業(yè)中涉及的那些應(yīng)用尋求一種高效、輕質(zhì)和緊湊的具有增強(qiáng) 馬力的內(nèi)燃機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，有必要致力于發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械才及限 推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。增加燃燒室內(nèi)的燃燒壓力需要更高的燃燒溫度、 更快的活塞速度和增大的機(jī)械作用力。因此，活塞和相關(guān)部件被置 于更大的枳4成應(yīng)力之下。
為了在這樣的環(huán)境中令人滿意地工作和免于損壞，有必要提供 一種活塞，其具有改進(jìn)的冷卻能力、增強(qiáng)的強(qiáng)度，和用于降低其質(zhì) 量的短壓縮高度。這樣的活塞要易于加工并具有高質(zhì)量也是很重要 的。
已知一種具有封閉的活塞冷卻通道的活塞。授予Moebus的美國(guó) 專利No. 4,581,983中給出了這種活塞的一個(gè)例子。Moebus的專利中 的封閉的活塞冷卻通道是通過將活塞的頂部沿平的表面焊接至活塞 的底部上而提供的?；钊捻敳亢偷撞烤哂形挥谄渲械睦鋮s通道 部分。該活塞具有過高的壓縮高度，使其較重而且不適合用于高速 操作。該活塞還難于加工并且不具有足以承受較高的燃燒室壓力下 增加的應(yīng)力的強(qiáng)度。在Moebus的專利中設(shè)置的封閉的活塞冷卻通道 沒有提供足以允許在封閉的活塞冷卻通道內(nèi)充分搖動(dòng)冷卻液的高 度。因此，活塞的冷卻效率不夠高。
一種增加機(jī)油或另 一 種冷卻液和活塞內(nèi)部之間*接觸的方法是通過增加活塞內(nèi)部的表面積從而提供更大的區(qū)域以供機(jī)油接觸且機(jī)油
能夠從中吸收熱量。授予Holt的美國(guó)專利No.2，523,699公開了從活 塞裙部的內(nèi)壁向內(nèi)突出的一組肋。這些肋在機(jī)油通過活塞的往復(fù)運(yùn) 動(dòng)而被搖動(dòng)時(shí)增加了與機(jī)油相接觸的活塞散熱面積。然而，盡管肋 增加了可以與機(jī)油接觸的活塞表面積，但是通道內(nèi)機(jī)油的速度和方 向是基于活塞的速度和定向的。另外，Holt的專利中提出的復(fù)雜的 活塞設(shè)計(jì)非常難于通過鍛造或機(jī)械加工工藝生產(chǎn)。因此，Holt的專 利中公開的活塞只對(duì)于使用鑄造活塞才有實(shí)際意義，而鑄造可能會(huì) 在鑄造產(chǎn)品內(nèi)引入雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會(huì)降低產(chǎn)品的密度并因此降低產(chǎn) 品在高溫和高壓下的變形阻力。
授予Opris的美國(guó)專利No. 6,532,913示出了一種具有從活塞的 上部?jī)?nèi)表面延伸的環(huán)形散熱片的活塞。但是，連續(xù)的環(huán)形散熱片以 類似于Holt的專利中的方式發(fā)揮作用，也就是通過增加活塞內(nèi)表面 上的表面積來(lái)散熱。盡管葉片增加了活塞的表面積以有助于散熱， 也增加了可以和機(jī)油相接觸的活塞的表面積，但是通道內(nèi)機(jī)油的速 度和方向仍然是基于活塞的速度和定向。因此，隨著活塞沿軸向運(yùn) 動(dòng)，大部分機(jī)油也會(huì)沿軸向流動(dòng)。盡管流體位于機(jī)油通道內(nèi)，但是 散熱片對(duì)機(jī)油的流動(dòng)只有很小的影響或者沒有影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述的一個(gè)或多個(gè)問題。
在一方面，公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞。該活塞限定了運(yùn)動(dòng) 軸線并包括在活塞內(nèi)限定的環(huán)形冷卻通道。冷卻通道繞活塞的運(yùn)動(dòng) 軸線沿環(huán)向延伸。多個(gè)環(huán)向間隔開的葉片被定位在冷卻通道內(nèi)。每 個(gè)葉片都在冷卻通道內(nèi)傾斜定向，以繞活塞的運(yùn)動(dòng)軸線沿環(huán)向引導(dǎo) 冷卻液。
在另一方面，公開了一種內(nèi)燃機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有氣缸的氣 缸體，該氣缸限定了活塞可滑動(dòng)地定位在氣缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軸線。該活 塞具有限定出環(huán)形冷卻通道的內(nèi)部表面。該發(fā)動(dòng)機(jī)還包括用于將冷
6卻液供應(yīng)到冷卻通道內(nèi)的潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)。多個(gè)環(huán)向間隔開的葉片 被定位在冷卻通道內(nèi)。每個(gè)葉片都在冷卻通道內(nèi)傾斜定向，以繞活 塞的運(yùn)動(dòng)軸線沿環(huán)向引導(dǎo)冷卻液。
在另一方面，公開了一種制造活塞的方法。該方法包括以下步
驟提供一種具有限定出基本環(huán)形的冷卻通道的內(nèi)部表面的活塞，
提供一種具有多個(gè)葉片的風(fēng)扇組件，將風(fēng)扇組件定位在冷卻通道內(nèi)， 并將風(fēng)扇組件連接至活塞的內(nèi)部表面。內(nèi)部表面具有內(nèi)側(cè)壁、外側(cè) 壁和上壁部分。葉片在冷卻通道內(nèi)環(huán)向間隔開，其中每個(gè)葉片都在 冷卻通道內(nèi)傾斜定向，以繞活塞的運(yùn)動(dòng)軸線沿環(huán)向引導(dǎo)冷卻液。


圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)視圖。
圖2是沿圖1中的線2-2所截取的發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的剖視圖。 圖3是圖2中發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的活塞的放大視圖。 圖4是和圖3中所示活塞一起使用的風(fēng)扇組件的透視圖。 圖5是根據(jù) 一 種替代實(shí)施方式的活塞的 一 部分的剖視圖。 圖6是根據(jù)一種替代實(shí)施方式的活塞的一部分的剖視圖。 圖7是根據(jù) 一 種替代實(shí)施方式的活塞的 一 部分的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參照?qǐng)D1,示出了內(nèi)燃機(jī)10的側(cè)視圖。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括氣缸體 12、連接至氣缸體12的氣缸蓋14、連接至氣缸蓋14的閥蓋16以及 潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)(以30來(lái)示意性地表示和總的示出)。這些部件都 是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所能理解的設(shè)計(jì)形式。
氣缸體12包括頂部安裝表面18、底部安裝表面20和位于頂部 安裝表面18和底部安裝表面20之間的多個(gè)氣缸22。在圖l所示的 實(shí)施方式中，六個(gè)氣缸22相對(duì)于頂部安裝表面18被等距、直列且 豎直地定位。但是，氣缸體12也可以是任何其他的設(shè)計(jì)形式，例如 "V"型或徑向排列，并且可以具有任意數(shù)量的氣缸22。如圖2所示，每個(gè)氣缸22限定了氣缸壁24和基本平行于氣缸壁24并且還與氣缸 22的外徑基本同心的運(yùn)動(dòng)軸線8。在圖2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)10中，氣缸 套25被設(shè)置在氣缸22內(nèi)。但是，本申請(qǐng)中介紹的設(shè)備和方法也可 以被用于不包含氣缸套的發(fā)動(dòng)機(jī)。氣缸體12具有多條互連的通道(以 32示意性地表示)，以使來(lái)自潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)30的潤(rùn)滑和/或冷卻 介質(zhì)例如才幾油(未示出)能夠流動(dòng)。固定至氣缸體12并連接至冷卻 通道32的是多個(gè)冷卻液引導(dǎo)噴嘴26 (在圖2中只示出了其中的一 個(gè))。氣缸體12還具有油盤28，如圖l所示，油盤28連接至氣缸 體12。
圖2中還示出了可滑動(dòng)地設(shè)置在氣缸體12的氣缸22內(nèi)的活塞 34?；钊?4通常是具有頂部38和銷部40的圓柱形結(jié)構(gòu)。在圖2中， 活塞34被示出為整體式活塞。但是，活塞34可以是任意的常規(guī)活 塞類型，包括鉸接活塞或組合活塞。活塞34用于沿上述的運(yùn)動(dòng)軸線 8往復(fù)運(yùn)動(dòng)。活塞34、氣缸壁24和氣缸蓋14限定了燃燒區(qū)域36。
現(xiàn)參照?qǐng)D3，示出了活塞34的放大的剖視圖。活塞34的頂部 38進(jìn)一步由凹腔42、周邊部分44和環(huán)形外壁46界定。與周邊部分 44連接的環(huán)形凹腔部分48限定了凹腔42。環(huán)形凹腔部分48從周邊 部分44徑向向內(nèi)延伸并連4妄至構(gòu)成頂點(diǎn)的錐形部分50。在圖3所示 的活塞34中，周邊部分44、環(huán)形凹腔部分48和一睢形部分50—體成 型。如圖3所示，從錐形部分50的頂點(diǎn)到氣缸蓋14的距離通常大 于從周邊部分44到氣缸蓋14的距離。但是，應(yīng)該理解，任何合適 的活塞設(shè)計(jì)形式都可以被使用而并不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍。在圖3 中還可以看出，環(huán)形凹腔部分48具有內(nèi)表面，以下稱為活塞34的 內(nèi)部表面59的內(nèi)側(cè)壁52。內(nèi)側(cè)壁52具有下部64和上部65。
另外，圖3示出了周邊部分44從凹腔42向氣缸壁24徑向向外 延伸。環(huán)形外壁46從周邊部分44向銷部40徑向向外延伸。環(huán)形外 壁46具有內(nèi)表面和外表面56。環(huán)形外壁46的外表面56具有密封部 分60,在密封部分60中可以在活塞34和氣缸壁24之間以任何常規(guī) 方式提供密封件，例如多個(gè)活塞環(huán)62。內(nèi)表面以下被稱作活塞34的內(nèi)部表面59的外側(cè)壁54。外側(cè)壁54具有下部66和上部67。周 邊部分44具有獨(dú)立于燃燒區(qū)域36的內(nèi)表面。周邊部分44的內(nèi)表面 以下^^稱作活塞的內(nèi)部表面59的上壁部分58。上壁部分58一皮連4妄 至內(nèi)側(cè)壁52和外側(cè)壁54并與其形成一體。上壁部分58、內(nèi)側(cè)壁52 和外側(cè)壁54基本上限定了活塞34的整個(gè)內(nèi)部表面59。
在圖3所示的活塞34的實(shí)施方式中，環(huán)形蓋板84被連接至活 塞頂部38的下表面78。如圖所示，蓋板84基本上覆蓋并由此限定 出冷卻通道94的下部68。蓋4反84具有至少一個(gè)開口 ，而在圖示的 實(shí)施方式中，具有穿過板84形成的一個(gè)接收口 90和一個(gè)排出口 92。
板84。蓋板84和活塞34的內(nèi)部表面59基本上限定了冷卻通道94。 盡管冷卻通道94凈皮示出為基本環(huán)形的，但是可以理解冷卻通道也可 以是分段式的，或者被分為不是繞活塞34的運(yùn)動(dòng)軸線8基本上沿環(huán) 向延伸的多個(gè)部分。類似地，蓋^反84可以是環(huán)形的，或者可以用多 個(gè)單獨(dú)的半環(huán)形蓋板制成。還應(yīng)該理解，盡管蓋板84在圖3中被示 出為限定了冷卻通道94的下部68,但是蓋板在本文中介紹的任意實(shí) 施方式中都不是必需的。特別地，不具有蓋板的實(shí)施方式也是可以 想到的，例如類似于(前文中列出的)Moebus的專利中示出的封閉 的冷卻通道的實(shí)施方式。在這樣的實(shí)施方式中，或本文中介紹的任 意實(shí)施方式中，活塞也可以^皮，鏡向鉆孔以有助于活塞內(nèi)冷卻液的流 動(dòng)。
還是如圖3所示，在活塞34內(nèi)組裝以及在圖4中單獨(dú)示出的是 風(fēng)扇組件70。在圖3中，為了圖示清楚的目的，只在冷卻通道94 的一側(cè)示出了風(fēng)扇組件70。風(fēng)扇組件70是包括環(huán)形帶72和繞環(huán)形 帶72間隔開的多個(gè)葉片74的結(jié)構(gòu)。在圖示的實(shí)施方式中，葉片74 與環(huán)形帶72整體地形成。但是，應(yīng)該理解，葉片74也可以^皮單獨(dú) 連接至環(huán)形帶72。能夠看出，葉片74相對(duì)于環(huán)形帶72的方向傾斜 定向。這樣設(shè)計(jì)的目的將在下文中進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。在圖示的實(shí) 施方式中，環(huán)形帶72的尺寸和形狀是使得帶72適合裝在冷卻通道94內(nèi)，并且更具體地，是使帶72能夠被連接至內(nèi)部表面59的內(nèi)側(cè) 壁52 (如圖3所示)。如圖2和圖3所示，葉片74向內(nèi)部表面59 的外側(cè)壁54突出。
在圖4中，每個(gè)葉片74都具有一定的寬度w。在圖3所示的組 裝圖中，能夠看出葉片74橫過冷卻通道94的寬度W延伸。但是， 可以理解的是，如果需要的話，葉片74的寬度w可以小于冷卻通道 94的寬度W。另外，每個(gè)葉片74都具有大致,人冷卻通道94的下部 68延伸到冷卻通道94的上部76的長(zhǎng)度1。但是，同樣可以理解，每 個(gè)葉片74的長(zhǎng)度1可以大于或小于冷卻通道94的高度H。具體地， 例如如果沒有蓋板84并且葉片74在活塞頂部38的下表面78下方 延伸，那么葉片74的長(zhǎng)度1可以大于冷卻通道94的高度H。環(huán)形帶 72和葉片74也可以具有任意厚度。環(huán)形帶72和葉片74的厚度可以 基于任意結(jié)構(gòu)或機(jī)械要求以及根據(jù)本發(fā)明的指定應(yīng)用的需要確定。 而且，每個(gè)葉片74也可以具有基本平的引流表面，或者具有杯形、 彎曲或弧形的引流表面。
風(fēng)扇組件70可以使用4壬何合適的工藝?yán)玷T造、鍛造、沖壓或 焊接制成。另外，風(fēng)扇組件70可以用任何合適的材料例如鋼、鋁、 鈦、復(fù)合材料、塑料、陶瓷、金屬合金等制成。但是，可以理解， 風(fēng)扇組件70應(yīng)該用能夠承受活塞34內(nèi)的環(huán)境的材料制成。例如， 風(fēng)扇組件70應(yīng)該被設(shè)置為能夠承受活塞34的運(yùn)動(dòng)和在冷卻通道94 內(nèi)所經(jīng)歷的溫度。也就是說，風(fēng)扇組件70應(yīng)該能夠承受活塞34所 經(jīng)歷的溫度，特別是一皮傳遞至冷卻通道94和傳遞至流過冷卻通道94 的冷卻液的溫度。
工業(yè)實(shí)用性
冷卻通道，例如用94標(biāo)記的冷卻通道，通常是現(xiàn)有技術(shù)中公知 的。通過將機(jī)油或其他的冷卻液噴射到活塞頂部38的下表面78上 來(lái)改善活塞34的冷卻，其中下表面78不接觸燃燒環(huán)境。在圖3示 出的實(shí)施方式中，冷卻通道94 #1形成在活塞34內(nèi)。冷卻液通過冷
10卻液引導(dǎo)噴嘴26 (如圖2所示)被噴向蓋板84內(nèi)的接收口 90。冷 卻液可以通過被示出為和接收口 90的位置相對(duì)i殳置的排出口 92離 開冷卻通道94。但是，應(yīng)該理解，可以穿過蓋板84形成任意數(shù)量的 接收口 90和排出口 92。在該操作期間， 一些冷卻液會(huì)聚集在冷卻通 道94內(nèi)。隨著聚集的冷卻液響應(yīng)于活塞34沿運(yùn)動(dòng)軸線8的往復(fù)運(yùn) 動(dòng)而流動(dòng)，來(lái)自活塞34的熱量即傳入冷卻液內(nèi)并降低了活塞34的 溫度。
在未采用本發(fā)明的活塞內(nèi)，聚集的冷卻液主要沿活塞的運(yùn)動(dòng)軸 線8流動(dòng)。但是，根據(jù)本文中公開的實(shí)施方式，活塞34的冷卻通道 94內(nèi)的冷卻液被通過葉片74繞活塞34的運(yùn)動(dòng)軸線8沿環(huán)向進(jìn)一步 引導(dǎo)，如圖4中的箭頭80所示。因此，葉片74的使用可以增加冷 卻液在冷卻通道94內(nèi)的流速。冷卻液沿活塞34的內(nèi)部表面59的流 速的增加能夠允許更多的冷卻液接觸到更多的內(nèi)部表面59,并因此 能夠增加來(lái)自活塞34的總散熱。
盡管風(fēng)扇組件70的葉片74被示出為沿第一方向傾斜，但是應(yīng) 該理解，葉片74也可以沿相反的方向或沿任意其他方向傾斜定向(例 如朝向內(nèi)側(cè)壁52或外側(cè)壁54傾斜)。另外，如果需要，各個(gè)葉片 74可以相對(duì)于彼此以不同的角度定向。如圖3所示，環(huán)形帶72#1連 接至內(nèi)側(cè)壁52的下部66。應(yīng)該理解，環(huán)形帶72和葉片74可以一皮i殳 置為連接至內(nèi)側(cè)壁52的上部65,使得葉片74可以從環(huán)形帶72"垂 下"。
在風(fēng)扇組件的另一種實(shí)施方式中(未示出)，葉片的定向在發(fā) 動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間可以基于轉(zhuǎn)速、溫度或其他工作條件而改變。葉片在
的類似于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉片的方式并在尺寸和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)?設(shè)計(jì)變更而實(shí)現(xiàn)。
在圖5所示的本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式中，示出了風(fēng)扇組件 71的一種替代實(shí)施方式。風(fēng)扇組件71也包括環(huán)形帶73和多個(gè)葉片 75。活塞34的其余部分基本上與前面示出和介紹的活塞34相同，
ii因此相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示。本實(shí)施方式中的風(fēng)扇組件
71被轉(zhuǎn)化(inverted)為使得環(huán)形帶73的尺寸和形狀能夠使帶73適 合裝入冷卻通道94內(nèi)，并且更具體地，使帶73被連接至內(nèi)部表面 59的外側(cè)壁54。在該實(shí)施方式中，葉片75向內(nèi)部表面59的內(nèi)側(cè)壁 52突出。環(huán)形帶73被設(shè)置為連接至外側(cè)壁54的上部67或下部66。
還應(yīng)該理解，環(huán)形帶72可以用任何合適的方式連接至活塞34 的內(nèi)部表面59。例如，環(huán)形帶72可以抵靠?jī)?nèi)部表面壓裝，或者被焊 接、使用任意類型的緊固件固定，或者螺紋連接到活塞34的內(nèi)部表 面59上。作為替代方案，風(fēng)扇組件70可以被松散地設(shè)置在冷卻通 道94內(nèi)并通過蓋才反84保持在冷卻通道94內(nèi)。蓋才反84也可以和本 文中介紹的任意其他的連接機(jī)構(gòu)一起使用，或者以本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員能夠想到的其他方式使用。還應(yīng)該理解，這些連接方法都可用 于圖5中所示的風(fēng)扇組件71的實(shí)施方式。
圖6中所示是本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式，示出了具有風(fēng)扇組 件97的活塞96的剖視圖，風(fēng)扇組件97具有設(shè)置在活塞96中的冷 卻通道100內(nèi)的多個(gè)葉片98。在本實(shí)施方式中，傾斜定向使得風(fēng)扇 組件97能夠繞活塞96的運(yùn)動(dòng)軸線8沿環(huán)向引導(dǎo)冷卻液的葉片98, —皮與活塞96的冷卻通道100的內(nèi)部表面102整體地形成。作為替代 方案，葉片98可以一皮直4妻連接至冷卻通道100的內(nèi)部表面102。例 如，葉片98可以被鍛造在冷卻通道100內(nèi)、機(jī)械加工在冷卻通道100 內(nèi)(對(duì)于鋁制或鋼制活塞)、鑄造在冷卻通道100內(nèi)(對(duì)于鋁制活 塞)，或焊接至冷卻通道100的內(nèi)部表面102(對(duì)于鋁制或鋼制活塞)。 在任意的這些實(shí)施方式中，葉片98都不是被支撐在環(huán)形帶上而是從 活塞96的內(nèi)部表面102直接延伸。作為替代方案，每個(gè)葉片98都 可以:故單獨(dú)地或者成組地連4妄至與冷卻通道100的內(nèi)部表面102相 連接的局部帶(未示出)。和以上介紹的各實(shí)施方式一樣，葉片98 也可以/人內(nèi)側(cè)壁104 (上部或下部)、外側(cè)壁106 (上部或下部)， 或者活塞96的內(nèi)部表面102的上部108延伸。
特別地，圖7中所示是本發(fā)明的一種替代實(shí)施方式，示出了具有風(fēng)扇組件111的活塞110的剖視圖，風(fēng)扇組件111具有設(shè)置在活
塞110中的冷卻通道100內(nèi)的多個(gè)葉片112。活塞IIO的結(jié)構(gòu)除了上 述部分以外基本與活塞96相同。其余部件具有相同或類似的被類似 標(biāo)記的結(jié)構(gòu)。在圖示的實(shí)施方式中，葉片112被直接連接至冷卻通 道100的內(nèi)部表面102。如圖所示，葉片112直接從活塞110的內(nèi)部 表面102延伸。應(yīng)該理解，成型或連接機(jī)構(gòu)可以和以上參照?qǐng)D7所 示實(shí)施方式介紹的才幾構(gòu)相同。
關(guān)于以上圖示和介紹的任意實(shí)施方式，風(fēng)扇組件的并且更具體 地說是葉片的真體位置、尺寸或定向?qū)⑼ㄟ^考慮各種因素而確定。 參照?qǐng)Dl-4所示的實(shí)施方式，定位風(fēng)扇組件70的一個(gè)因素是活塞34 內(nèi)需要從中散發(fā)熱量的位置。例如，如果活塞34的環(huán)形凹腔部分48 的溫度需要被降低，那么葉片74的尺寸和定向可以被選擇為確保冷 卻液會(huì)接觸到環(huán)形凹腔部分48能夠影響正常散熱的區(qū)域。影響葉片 74的尺寸和定向的另一個(gè)因素是要從活塞34散發(fā)的熱量大小。具有 較大表面積的葉片74能夠從活塞34中帶走更多熱量。另外，薄葉 片74與厚葉片相比能夠驅(qū)走更多熱量。通過引入風(fēng)扇組件70和葉 片74而加在活塞34上的壓力大小是影響葉片位置和尺寸的另一個(gè) 因素?；钊?4的物理尺寸也會(huì)影響風(fēng)扇組件70和葉片74的尺寸、 位置和定向。如果活塞34含有蓋板84,那么風(fēng)扇組件70和葉片74 的最優(yōu)尺寸將會(huì)取決于封閉冷卻通道94的尺寸。葉片74的尺寸和 葉片74從內(nèi)部表面59突出的角度(以及距離)可以被修改以確保 風(fēng)扇組件70和葉片74不會(huì)過于阻礙冷卻液流向內(nèi)部表面59的其他 部分并由此不利地影響活塞34的冷卻。
將風(fēng)扇組件70加至活塞34的內(nèi)部表面59影響了活塞34經(jīng)受 過高溫度和壓力的各部 <一 的熱量衰減。冷卻液例如機(jī)油流過發(fā)動(dòng)才凡 10的冷卻通道32。冷卻液引導(dǎo)噴嘴26將冷卻液噴到活塞34的內(nèi)部 表面59上。如果活塞34具有蓋板84,冷卻液通過接收口 90進(jìn)入冷 卻通道94并接觸到內(nèi)部表面59和風(fēng)扇組件70。冷卻液從內(nèi)部表面 59和風(fēng)扇組件70吸收熱量。因?yàn)轱L(fēng)扇組件增加了冷卻液接觸活塞34的表面積，所以這樣吸收的熱量要大于沒有風(fēng)扇組件70的活塞 34內(nèi)吸收的熱量。另外，風(fēng)扇組件70在冷卻通道94內(nèi)的位置允許 風(fēng)扇組件70從活塞34的特定區(qū)域帶走熱量和引流至此。蓋板84將 冷卻液保留在冷卻通道94內(nèi)，隨著冷卻液通過活塞34的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 反復(fù)地與風(fēng)扇組件70和內(nèi)部表面59接觸而使冷卻液得以從內(nèi)部表 面59吸收更多的熱量。如上所述，傾斜的葉片74、 98可以通過繞 環(huán)形冷卻通道94引導(dǎo)冷卻液而增加冷卻液在冷卻通道94內(nèi)的流速。 冷卻液沿活塞34的內(nèi)部表面59的流速的增加可以允許更多的冷卻 液接觸到內(nèi)部表面59,并由此可以增加來(lái)自活塞34的總散熱。冷卻 液通過排出口 92流出冷卻通道94。在流出冷卻通道94之后，冷卻 液進(jìn)入油盤28并通過發(fā)動(dòng)機(jī)IO再循環(huán)和由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)30以任 意合適的方式進(jìn)行冷卻。
如果活塞34不包括蓋板84，那么冷卻液就被簡(jiǎn)單地直接噴到內(nèi) 部表面59和風(fēng)扇組件70上。冷卻液隨即從內(nèi)部表面59和葉片74、 98吸收熱量。由于葉片傾斜定向，冷卻液能夠在落回油盤28內(nèi)之前 被潛在地保留在冷卻通道94內(nèi)較長(zhǎng)時(shí)段。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)從活塞34 帶走更多熱量而無(wú)需蓋板84這樣的附加結(jié)構(gòu)。冷卻液隨即通過發(fā)動(dòng) 機(jī)IO再循環(huán)并由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)用常規(guī)方式冷卻。應(yīng)該理解，盡管 已經(jīng)參照?qǐng)D1-4所示的實(shí)施方式介紹了風(fēng)扇組件70的上述操作，但 是其余附圖中所示實(shí)施方式的操作也大體類似。
根據(jù)本文中圖示和介紹的實(shí)施方式及其等同物，本發(fā)明的設(shè)備 和方法可以被用于任何類型的活塞，包括鑄造、鍛造、合成和機(jī)械 連接而成的活塞。設(shè)備的可調(diào)節(jié)尺寸和位置允許從活塞內(nèi)的特定目 標(biāo)區(qū)域驅(qū)散熱量。本發(fā)明的其他方面、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)可以通過對(duì)附圖、 公開文本和所附權(quán)利要求書進(jìn)行研究而獲得。
應(yīng)該理解，上述說明內(nèi)容只是為了說明的目的，而不是以任何 方式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以通過 對(duì)附圖、公開文本和所附權(quán)利要求書進(jìn)行研究而獲得本發(fā)明的其他 方面、目才示禾口^f尤點(diǎn)。
1權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，該活塞限定了運(yùn)動(dòng)軸線并包括在所述活塞內(nèi)限定的冷卻通道，所述冷卻通道繞所述活塞的運(yùn)動(dòng)軸線沿大致環(huán)向延伸；和多個(gè)環(huán)向間隔開的葉片，所述葉片定位在所述冷卻通道內(nèi)；其特征在于，每個(gè)葉片都在所述冷卻通道內(nèi)被傾斜定向，以繞所述活塞的運(yùn)動(dòng)軸線沿環(huán)向引導(dǎo)冷卻液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述多個(gè)葉片均 被支撐在環(huán)形帶上，所述環(huán)形帶的尺寸和形狀能夠使所述環(huán)形帶裝 入所述冷卻通道內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的活塞，其特征在于，所述葉片被整體 形成在所述環(huán)形帶上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的活塞，其特征在于，所述環(huán)形帶被壓 裝，并且使之抵靠所述冷卻通道的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的活塞，其特征在于，所述環(huán)形帶被額 外地用蓋板保持就位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的活塞，其特征在于，所述環(huán)形帶通過 焊接、螺紋連接或緊固件連接中的一種方式被連接至所述冷卻通道 的壁部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，每個(gè)葉片都從所 述冷卻通道的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁之一直接延伸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述葉片具有基 本平的引流表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述葉片具有弧 形的引流表面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，每個(gè)葉片都具 有基本上跨越所述冷卻通道的寬度延伸的寬度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，每個(gè)葉片都具有基本上^v所述冷卻通道的下部延伸到所述冷卻通道的上部的長(zhǎng) 度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，還包括基本蓋住所述冷卻通 道的下部的環(huán)形的蓋板，所述蓋板具有至少 一個(gè)穿過所述蓋板形成 的開口 。
13. —種內(nèi)燃機(jī)，包括具有氣缸的氣缸體，所述氣缸限定了運(yùn)動(dòng)軸線； 可滑動(dòng)地定位在所述氣缸內(nèi)的活塞，所述活塞具有限定出大致環(huán)形的冷卻通道的內(nèi)部表面，并能夠沿所述運(yùn)動(dòng)軸線運(yùn)動(dòng)；用于將冷卻液供應(yīng)到所述冷卻通道內(nèi)的潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)；和 定位在所述冷卻通道內(nèi)的多個(gè)環(huán)向間隔開的葉片，其中每個(gè)葉片都在所述冷卻通道內(nèi)傾斜定向，以繞所述活塞的運(yùn)動(dòng)軸線沿環(huán)向引導(dǎo)所述冷卻液。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)葉 片均被支撐在環(huán)形帶上，所述環(huán)形帶被連接至所述活塞的內(nèi)部表面 的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁之一 。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述環(huán)形帶 被壓裝，并且使之抵靠所述活塞的內(nèi)部表面的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁之一 。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述環(huán)形帶 被額外地用蓋板保持就位。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述葉片從 所述活塞的內(nèi)部表面的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁之一直接延伸。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，包括定位在所述冷卻通道 的下部上方的環(huán)形的蓋板，所述蓋板具有至少 一個(gè)穿過所述蓋板形 成的開口；其中，所述蓋板和所述活塞的內(nèi)部表面進(jìn)一步限定出所述冷卻 通道。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，每個(gè)葉片都 具有基本平的引流表面。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述葉片具有弧形的引流表面?！?br> 21. —種制造活塞的方法，所述方法包括 提供一種具有內(nèi)部表面的活塞，所述內(nèi)部表面具有內(nèi)側(cè)壁、外側(cè)壁和上壁部分，所述內(nèi)部表面進(jìn)一步限定出基本環(huán)形的冷卻通道； 提供一種具有多個(gè)葉片的風(fēng)扇組件，所述葉片在所述冷卻通道內(nèi)環(huán)向間隔開，其中每個(gè)葉片都在所述冷卻通道內(nèi)傾斜定向，以繞所述活塞的運(yùn)動(dòng)軸線沿環(huán)向引導(dǎo)冷卻液；將所述風(fēng)扇組件定位在所述冷卻通道內(nèi)；并 將所述風(fēng)扇組件連接至所述活塞的內(nèi)部表面。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，將所述風(fēng)扇組 件連接至所述內(nèi)部表面的步驟包括壓裝、焊接、螺紋連接或緊固件 連接中的一種方式。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，包括連接定位在所述冷卻通 道的下部上方的蓋板的步驟，所述蓋板具有至少一個(gè)穿過所述蓋板 形成的開口；其中所述蓋板和所述活塞的內(nèi)部表面在所述活塞內(nèi)限定出所述 冷卻通道。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，該活塞限定了運(yùn)動(dòng)軸線并包括在活塞內(nèi)限定的環(huán)形冷卻通道。冷卻通道繞活塞的運(yùn)動(dòng)軸線沿環(huán)向延伸。多個(gè)環(huán)向間隔開的葉片被設(shè)置在冷卻通道內(nèi)。每個(gè)葉片都在冷卻通道內(nèi)被傾斜定向，以繞活塞的運(yùn)動(dòng)軸線沿環(huán)向引導(dǎo)冷卻液。
文檔編號(hào)F02F3/22GK101495742SQ200780027764
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者W·J·哈爾丁 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司