內(nèi)燃機活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機活塞，該活塞具有活塞頭和活塞裙，其中，活塞頭具有活 塞頂、環(huán)形的活塞環(huán)帶以及在活塞環(huán)帶區(qū)域的環(huán)形的封閉冷卻通道或者環(huán)形的密封的空 腔，其中活塞的內(nèi)面具有兩個下表面，這兩個下表面在活塞中軸區(qū)域連續(xù)轉(zhuǎn)變成為拱形表 面，其中，活塞裙具有帶銷孔的活塞銷座，活塞銷座通過滾動面而相互連接，該滾動面具有 面向活塞內(nèi)部的內(nèi)表面。
【背景技術(shù)】
[0002] 這種活塞為具有噴射冷卻的活塞，即，通過從活塞裙側(cè)的終端噴射出冷卻劑而實 現(xiàn)活塞的冷卻。已證實，尤其是對于具有小的壓縮高度的活塞，主要在沖擊位置將冷卻劑射 束直接沖撞回去。這會導(dǎo)致，即使在這個位置上會引起明顯的冷卻效果，但是在其它位置上 卻沒有達到足夠的冷卻。因此，針對這種活塞要注意的是，在發(fā)動機工作中，活塞在更高的 負荷下會過熱，并且不能承受持久的負荷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，對這種活塞進一步改良，從而達到更加均勻的噴射冷卻效果。
[0004] 這樣構(gòu)成解決方案，即，從活塞裙的自由端起始，在活塞內(nèi)部的受壓側(cè)和/或背壓 偵牝滾動面的內(nèi)表面連續(xù)轉(zhuǎn)變成為冷卻油而設(shè)的導(dǎo)向面，該導(dǎo)向面在其所在側(cè)連續(xù)地轉(zhuǎn)變 成為下表面。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的活塞的特征在于，并不會直接從沖擊位置將所噴射的冷卻劑沖撞回 去。冷卻劑射束基本上以切線的形式撞擊到導(dǎo)向面上，并且導(dǎo)向面這樣將其引導(dǎo)，即，使其 經(jīng)過下表面朝拱形表面的方向流動。因此，冷卻劑以顯著的減速的方式朝曲軸的方向回流。 作為結(jié)果，一方面，利用冷卻劑而將活塞內(nèi)面上明顯更大的面積濕潤和冷卻，另一方面，使 冷卻劑在活塞內(nèi)面具有明顯更長的停留時間?？偟膩碚f這引起了在活塞內(nèi)面上的明顯更強 并且更均勻的冷卻效果。在發(fā)動機工作中，會明顯更加有效地將從活塞頂?shù)姆较騻鲗?dǎo)到活 塞內(nèi)面的熱量散走。
[0006] 在從屬權(quán)利要求中會給出有利的擴展方案。
[0007] 在理想的情況下，導(dǎo)向面這樣引導(dǎo)冷卻劑，即，使其經(jīng)過下表面朝拱形表面的方向 流動，并且此外還通過對面的下表面和導(dǎo)向面朝中軸的方向流動。因此優(yōu)選地，既在受壓側(cè) 又在背壓側(cè)來設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的具有導(dǎo)向面的設(shè)計方案。
[0008] 這樣設(shè)置一種優(yōu)選的擴展方案，即，內(nèi)面區(qū)域與活塞中軸呈角δ處設(shè)置的切線與 活塞中軸構(gòu)成角β，從而使每個下表面與活塞中軸構(gòu)成角α并且使角β小于或等于角 α。由此構(gòu)成的導(dǎo)向面以及下表面的幾何結(jié)構(gòu)允許了從導(dǎo)向面向著下表面的、對所噴射的 冷卻劑特別有效的導(dǎo)向，以及特別適于流動的冷卻劑的流動。特別優(yōu)選的是，在導(dǎo)向面的區(qū) 域設(shè)置切線。
[0009] 本發(fā)明一種特別優(yōu)選的實施方式是，設(shè)有至少一個布置在滾動面和銷孔之間的、 對外封閉的孔，這個孔一直通到冷卻劑腔為止，其中空腔以及至少一個孔包含有以低熔點 金屬或低熔點合金形式的熱傳導(dǎo)介質(zhì)。金屬的熱傳導(dǎo)介質(zhì)促使了特別有效的活塞頭的冷卻 以及特別有效的熱量分布。
[0010] 對這種類型的活塞而言，通常容納冷卻油的"冷卻通道"是完全封閉的，即，既沒有 為冷卻劑設(shè)置進入口也沒有設(shè)置排出口。因此以下涉及到這類活塞而提及的，并不是冷卻 通道，而是密封的空腔或簡而言之為空腔。
[0011] 對于這類充填有金屬熱傳導(dǎo)介質(zhì)的活塞而言，熱傳導(dǎo)介質(zhì)不能夠從空腔中流出。 在發(fā)動機工作中通過熱傳導(dǎo)介質(zhì)從活塞頂?shù)姆较蛩盏臒崃繒苯俞尫诺街車h(huán)境中， 尤其是在活塞環(huán)帶區(qū)域內(nèi)以及空腔的下方區(qū)域內(nèi)。因此，根據(jù)本發(fā)明的活塞內(nèi)面的設(shè)計方 案特別優(yōu)選地適合于這類活塞。朝活塞內(nèi)面的方向傳導(dǎo)由熱傳導(dǎo)介質(zhì)吸收的熱量并且通過 所噴射的冷卻劑特別有效地將其散走。
[0012] 對于這類活塞而言，在滾動面區(qū)域的空腔的最大高度優(yōu)選地大于其在活塞銷座區(qū) 域的最大高度。由此，可以在滾動面區(qū)域，使噴射的冷卻劑特別有效地將由熱傳導(dǎo)介質(zhì)傳 導(dǎo)到活塞內(nèi)面的熱量散走。在滾動面區(qū)域，使活塞內(nèi)面的壁具有這樣小的厚度，即，不妨礙 活塞的穩(wěn)定性的情況下，實現(xiàn)了有效的熱傳導(dǎo)。此外，冷卻通道的對稱變化的橫截面還促成 了，在發(fā)動機工作中使根據(jù)本發(fā)明的活塞在汽缸里更好地平衡并且因此使其更好地運作。 與現(xiàn)有技術(shù)相比實現(xiàn)了更小的摩擦損耗。
[0013] 這樣設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的活塞的另一種有利的設(shè)計方案，即，在環(huán)帶內(nèi)部設(shè)置具有 槽高h3的最低環(huán)形槽，在最低環(huán)形槽的下側(cè)壁和空腔最低位置之間設(shè)置間隔a，并且使間 隔a等于或大于槽高h3。槽高和間隔之間的差越大，空腔的最大高度就越大，并且空腔內(nèi)容 納的熱傳導(dǎo)介質(zhì)對活塞內(nèi)面的熱傳導(dǎo)就越有效。環(huán)形槽的下側(cè)壁與空腔的最低位置之間的 間隔越大，在發(fā)動機工作中傳導(dǎo)至最低環(huán)形槽區(qū)域的熱量就越少，從而大幅度地降低了或 者完全地避免了在這個區(qū)域的積炭的風(fēng)險。
[0014] 優(yōu)選地，向著環(huán)帶的空腔外壁朝活塞頂?shù)姆较蛑辽俨糠值叵蚧钊休S傾斜。 由此在發(fā)動機工作中可以優(yōu)化容納在空腔里的熱傳導(dǎo)介質(zhì)在活塞沖程中通過所謂的 "Shaker-Effect"（振動效應(yīng)）所引起的運動。此外還避免了，過度加熱的熱傳導(dǎo)介質(zhì)接觸 到外壁以及對環(huán)帶的過度加熱，從而避免了在環(huán)形槽區(qū)域積炭的風(fēng)險。
[0015] 以合適的方式，將空腔傾斜的外壁與活塞中軸的軸平行線之間構(gòu)成Γ至10°的 夾角。因此，還額外地避免了空腔的過度收窄，并且保持了有效的熱傳導(dǎo)作用。
[0016] 優(yōu)選地，使熱傳導(dǎo)介質(zhì)的充填量為空腔以及至少一個孔的總?cè)莘e的5%至10%。 這具有這樣有利的效果，即，金屬的熱傳導(dǎo)介質(zhì)將熱量朝活塞裙的方向有效地傳導(dǎo)至空腔 的下方區(qū)域，從而使更少的熱量向環(huán)帶的方向釋放。
[0017] 對于這種活塞類型而言，特別有利的是，使向著環(huán)帶的空腔的外壁朝活塞頂?shù)姆?向，至少部分地向著活塞中軸傾斜，從而避免了對于這種活塞類型而言要特別注意的過度 加熱。
[0018] 適合于作為熱傳導(dǎo)介質(zhì)而使用的低熔點的金屬，特別是鈉或鉀。作為低熔點的合 金，可以特別使用到Gal ins tan?合金、低恪點的祕合金以及鈉鉀合金。
[0019] 作為所謂Galinstan?合金是指鎵、銦和錫的合金系統(tǒng)，這些合金系統(tǒng)在室溫下 是液態(tài)的。這種合金由65重量％至95重量％的鎵、5重量％至26重量％的銦和O重量％ 至16重量％的錫組成。優(yōu)選的合金為例如具有68重量％至69重量％鎵、21重量％至22 重量％的銦和9. 5重量％至10. 5重量％的錫這樣的合金（熔點-19°C )，具有62重量％的 鎵、22重量％的銦和16重量％的錫這樣的合金（熔點10. 7°C )，以及具有59. 6重量％的 鎵、26重量％的銦和14. 4重量％的錫這樣的合金（三元共晶合金，恪點11°C )。
[0020] 低熔點的鉍合金是眾所周知的。屬于鉍合金的例如有LBE(鉍鉛共晶合金，熔點 124°C )，Roses合金（50重量％的鉍、28重量％的鉛和22重量％的錫，熔點98°C )，Orion 合金（42重量％的鉍、42重量％的鉛和16重量％的錫，熔點108°C ) ;Schnelllot(52重 量％的鉍、32重量％的鉛和16重量％的錫，熔點96°C )，達塞氏（d' Arcets)合金（50重 量％的鉍、25重量％的鉛、25重量％的錫），伍德（Woodsches)合金（50重量％的鉍、25重 量％的鉛、12. 5重量％的錫和12. 5重量％的鎘，熔點71°C )，Lipowitz金屬（50重量％的 鉍、27重量％的鉛、13重量％的錫和10重量％的鎘，熔點70°C )，Harpers合金（44重量％ 的鉍、25重量％的鉛、25重量％的錫和6重量％的鎘，熔點75°C )，Cerrolowll7(44. 7重 量％的鉍、22. 6重量％的鉛、19. 1重量％的銦和8. 3重量％的錫、5. 3%的鎘，熔點47°C); Cerrolow 174 (57重量％的鉍、26重量％的銦、和17重量％的錫，熔點78. 9°C )，F(xiàn)ields金 屬（32重量％的鉍、51重量％的銦、和17重量％的錫，熔點62°C)以及沃克合金（45重量％ 的鉍、28重量％的鉛、22重量％的錫和5重量％的銻）。
[0021] 合適的鈉鉀合金可以含有40重量％至90重量％的鉀。特別適合的是具有78重 量％的鉀以及22重量％的鈉