專利名稱：用于冷卻活塞的方法和冷卻的活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)兩個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求的相應(yīng)的前序部分特征的一種用于冷卻內(nèi)燃機(jī)的活塞的方法和一種內(nèi)燃機(jī)的活塞，在所述方法中，承受至少一個(gè)燃料射束的活塞頂通過(guò)噴出的油來(lái)冷卻。
背景技術(shù)：
WO 2007/110056A1中公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，在其環(huán)繞的冷卻通道中設(shè)置平行于活塞頂設(shè)置的環(huán)狀分隔壁。所述分隔壁具有一個(gè)或多個(gè)噴嘴狀開口。油用作活塞的冷卻介質(zhì)。開口的油噴出射束定向到活塞頂下側(cè)上。在此，噴出射束撞到下側(cè)的一些區(qū)域上，所述區(qū)域在相對(duì)置的上側(cè)上的區(qū)域承受至少一個(gè)燃料射束。在內(nèi)燃機(jī)中的活塞運(yùn)行時(shí)，由于燃料燃燒，在活塞頂?shù)纳蟼?cè)以及活塞本身上產(chǎn)生高溫。不利的是高溫下的運(yùn)行影響活塞的運(yùn)行安全性，因?yàn)樵诟邷叵禄钊赡茉跉飧變?nèi)膨脹并且由此在活塞上產(chǎn)生其它的摩擦條件?；钊斏蟼?cè)上的高的熱負(fù)荷也會(huì)導(dǎo)致活塞材料疲勞并且長(zhǎng)時(shí)間之后由于過(guò)熱而導(dǎo)致活塞材料變廢。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種開頭所述類型的方法和活塞，借此可降低活塞在運(yùn)行時(shí)的溫度。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)以下述方式得以解決所述油連續(xù)地有針對(duì)性地被噴射到活塞頂下側(cè)的這樣的區(qū)域上，該區(qū)域位于活塞頂(Kolbenboden)的不直接承受燃料射束的區(qū)域的對(duì)面。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)活塞的冷卻可產(chǎn)生如下優(yōu)點(diǎn)—方面，通過(guò)借助于油來(lái)進(jìn)行有針對(duì)性的冷卻，降低了活塞中的燃燒室凹腔上的溫度和環(huán)形槽上的溫度。另一方面，通過(guò)降低的工作溫度提高了活塞的運(yùn)行安全性。在此， 根據(jù)本發(fā)明，活塞、尤其是活塞頂?shù)谋砻鏈囟鹊玫浇档汀４送?，通過(guò)冷卻降低了活塞材料疲勞的危險(xiǎn)。也長(zhǎng)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(guò)分隔元件中的適合數(shù)量的開口和適合的開口直徑可最佳地冷卻活塞。通過(guò)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(cè)上形成油積碳。在本發(fā)明的一種有利的方案中，活塞具有至少一個(gè)中斷的冷卻通道，由此冷卻通道本身并不完全在活塞中環(huán)繞。在本發(fā)明的另一種有利的方案中，活塞具有多個(gè)冷卻通道， 所述冷卻通道分別是中斷的并且彼此間隔開地在優(yōu)選一個(gè)平面中環(huán)繞。這些冷卻通道在此優(yōu)選分別與活塞中軸線隔開相同距離地設(shè)置在一個(gè)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(gè)完整的冷卻通道在活塞中環(huán)繞。根據(jù)本發(fā)明，分隔元件定位在冷卻通道中并且將活塞的冷卻通道劃分為兩個(gè)區(qū)域。在冷卻通道中的一個(gè)形成的區(qū)域是在容積上減小的冷卻通道并且另一個(gè)形成的區(qū)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于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(gè)開口，油從所述開口出發(fā)連續(xù)噴出并且油從所述開口出發(fā)被噴射到活塞頂下側(cè)上。 這樣構(gòu)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(shè)計(jì)成一個(gè)部件。作為替換方案，分隔元件也可由多個(gè)零部件構(gòu)成并且所述零部件組合成一個(gè)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于活塞的應(yīng)用。因此根據(jù)活塞的尺寸和由此也根據(jù)冷卻通道的尺寸適配地確定分隔元件的尺寸。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案中，分隔元件由金屬或輕金屬、優(yōu)選鋼、鋼合金、鋁或鋁合金制成。另外，分隔元件可由塑料或硬質(zhì)材料制成。分隔元件優(yōu)選借助成形工藝如鑄造、借助變形工藝如鍛造或壓制和/或借助切削的制造工藝如車削、磨削或銑削制成?；钊睦鋮s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(jù)本發(fā)明，壓力室填充處于壓力下的油。作為替換方案，壓力室也可填充任意另一種冷卻介質(zhì)。活塞中壓力室的一部分表面優(yōu)選借助制造工藝、優(yōu)選借助切削的制造工藝進(jìn)行加工以便形成良好的表面質(zhì)量。良好的表面質(zhì)量允許分隔元件配合地裝入借助制造工藝如磨削和/或銑削加工出的冷卻通道中。在此優(yōu)選從側(cè)面加工所述壓力室的一部分壁，也就是說(shuō)，例如在兩件式的活塞的情況下，刀具分別從側(cè)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余表面。通過(guò)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?yàn)槔鋮s通道的壁和分隔元件構(gòu)成具有小公差的配合。在本發(fā)明的另一種有利的方案中，冷卻通道中的由分隔元件構(gòu)成的壓力室通過(guò)至少一個(gè)密封元件、優(yōu)選借助至少一個(gè)密封環(huán)元件和/或至少一個(gè)硬橡膠在分隔元件和冷卻通道的部分接觸面上相對(duì)于活塞中的冷卻通道密封，以避免壓力室中的壓力損失。根據(jù)分隔元件和冷卻通道的接觸面的形狀和設(shè)計(jì)方案優(yōu)選使用密封環(huán)元件和/或硬橡膠。在填充油的壓力室中優(yōu)選建立1.5至10巴、優(yōu)選約3巴的壓力。由此壓力連續(xù)建立在壓力室中并且油連續(xù)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(xù)補(bǔ)充到壓力室中，從而保持為運(yùn)行設(shè)定的壓力。在填充油的壓力室中建立的壓力優(yōu)選通過(guò)連桿或銷借助泵作用或噴射來(lái)產(chǎn)生。在通過(guò)銷供給油時(shí)，例如可通過(guò)銷孔來(lái)供給油。根據(jù)活塞的應(yīng)用和大小，可配合地設(shè)定另一在1. 5巴至10巴的界限之外的壓力。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，分隔元件借助摩擦鎖合連接、優(yōu)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并且優(yōu)選借助至少一個(gè)螺栓和或活塞中的至少一個(gè)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(yōu)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，分隔元件可借助材料鎖合連接、優(yōu)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(yōu)選固定粘接在冷卻通道上和/或優(yōu)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借助成形工藝、優(yōu)選鑄造來(lái)制造。 活塞在此也優(yōu)選通過(guò)成形工藝、例如砂型鑄造或金屬型鑄造構(gòu)造為一件式的活塞。于是，冷卻通道和位于其中的分隔元件一同在例如砂型鑄造時(shí)通過(guò)失芯技術(shù)直接在活塞中制造。作為替換方案，分隔元件在金屬型鑄造時(shí)也可直接借助失芯技術(shù)在鑄造時(shí)被一同鑄造到活塞中。作為替換方案，上部和下部可單獨(dú)鑄造，其中，分隔元件在鑄造上部或下部時(shí)被一同鑄造出ο作為替換方案，活塞或上部和下部也可借助變形工藝如鍛造或壓制、或借助切削工藝如車削或銑削來(lái)制造。作為替換方案，上部和下部也可分別借助不同的制造工藝來(lái)制造。一件式的活塞優(yōu)選由金屬或輕金屬、優(yōu)選由鐵、鋼、鋼合金、鋁或鋁合金制成。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。用于上部和下部的材料優(yōu)選是金屬或輕金屬、尤其是鐵、鋼、鋼合金、鋁或鋁合金。接下來(lái)僅示例性地說(shuō)明分隔元件中一個(gè)唯一開口的設(shè)計(jì)方案。壓力室中的處于壓力下的并且用于冷卻活塞的油通過(guò)分隔元件中的至少一個(gè)開口被連續(xù)朝向活塞下側(cè)噴射。 所述油優(yōu)選連續(xù)地有針對(duì)性地被噴射到活塞頂下側(cè)的這樣的區(qū)域上，該區(qū)域位于活塞頂?shù)牟恢苯映惺苋剂仙涫膮^(qū)域的對(duì)面。由此正好冷卻活塞的未通過(guò)至少一個(gè)燃料射束冷卻的區(qū)域。由溫度測(cè)量可知在這樣的區(qū)域(燃料射束在活塞中不撞到這些區(qū)域上且這些區(qū)域不被燃料射束的燃油冷卻)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)100°c且更高的溫度。在活塞中被燃料射束撞到的區(qū)域的溫度比不被燃料射束撞到的區(qū)域的溫度要低。燃料射束可理解為導(dǎo)入到燃燒室中的燃油射束，其撞到活塞頂?shù)谋砻嫔喜⑶以谌紵抑腥紵ｉ_口可構(gòu)造在分隔元件本身之中或通過(guò)兩個(gè)或更多的、可一起組合成一個(gè)分隔元件的零部件構(gòu)成。根據(jù)冷卻通道的設(shè)計(jì)方案，分隔元件也構(gòu)造成分配環(huán)或環(huán)的形式，就冷卻通道的圓形、環(huán)形和/或橢圓形的環(huán)繞而言，油通過(guò)分隔元件的開口相應(yīng)配合地噴射到活塞頂下側(cè)上。冷卻通道也可在圓形、環(huán)形和/或橢圓形環(huán)繞的情況下在延伸上中斷，使得僅在將各個(gè)中斷區(qū)域假想連接時(shí)得到完整的圓形、環(huán)形和/或橢圓形形狀。分隔元件中的開口優(yōu)選構(gòu)造為普通的孔。在此，不對(duì)分隔元件中的開口在表面和形狀方面進(jìn)行制造技術(shù)上的特殊加工。作為替換方案，開口也可構(gòu)造為文丘里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鉆出，從而產(chǎn)生噴嘴式孔。作為替換方案，開口可在鑄造分隔元件本身時(shí)就已加入到分隔元件中。作為本發(fā)明的另一種有利的方案，開口優(yōu)選構(gòu)造為管狀的、狹槽狀的和/或噴嘴狀的。在一種將開口設(shè)計(jì)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(jù)本發(fā)明，開口這樣朝活塞頂下側(cè)的一個(gè)區(qū)域定向，使得油連續(xù)地有針對(duì)性地被噴射到活塞頂下側(cè)的該區(qū)域上，該區(qū)域位于活塞頂?shù)牟恢苯映惺芩鲋辽僖粋€(gè)燃料射束的區(qū)域的對(duì)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(cè)的一個(gè)區(qū)域定向，使得油連續(xù)地有針對(duì)性地被噴射到活塞頂下側(cè)的該區(qū)域上，該區(qū)域位于活塞頂?shù)闹苯映惺芩鲋辽僖粋€(gè)燃料射束的區(qū)域的對(duì)面。由此，在使用至少兩個(gè)開口的情況下，活塞頂下側(cè)的在對(duì)面?zhèn)?相反側(cè))承受燃料射束的區(qū)域和活塞頂下側(cè)的在對(duì)面?zhèn)炔恢苯映惺苋剂仙涫膮^(qū)域可借助相應(yīng)的開口(例如相應(yīng)配置的開口)來(lái)噴射，使得承受燃料射束的區(qū)域被其中一個(gè)開口噴射并且不承受燃料射束的區(qū)域被另外一個(gè)開口噴射。作為替換方案，油也可通過(guò)一個(gè)唯一的開口被噴射到活塞下側(cè)的一個(gè)區(qū)域上，所述區(qū)域在對(duì)面?zhèn)壬显谝恍┚植繀^(qū)域中承受燃料射束并且在一些局部區(qū)域中不承受燃料區(qū)域。在另一種有利的構(gòu)型中， 分隔元件中的開口的形狀和設(shè)計(jì)方案也可變化，使得在一個(gè)分隔元件中存在多個(gè)不同的開口類型。在本發(fā)明的另一種有利的方案中，通過(guò)活塞的沖程運(yùn)動(dòng)所述油從壓力室出發(fā)通過(guò)分隔元件的開口附加地朝向活塞頂下側(cè)噴出和加速。尤其是當(dāng)活塞從燃燒室中再次移出并且燃燒室在此擴(kuò)大時(shí)，由于壓力室中的油的慣性，壓力室中的壓力通過(guò)活塞的沖程運(yùn)動(dòng)被增大。為了在活塞運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)活塞的最佳冷卻，必須將分隔元件中的開口數(shù)量協(xié)調(diào)一致。為了最佳冷卻也必須調(diào)整開口的直徑。分隔元件中開口的尺寸在此要根據(jù)分隔元件的尺寸和活塞所需的冷卻功率進(jìn)行調(diào)整。在另一種有利的方案中，優(yōu)選為一個(gè)完整環(huán)繞的通道使用1至180個(gè)開口。用于中斷的冷卻通道的開口數(shù)量借助一因數(shù)得出，該因數(shù)可由中斷的冷卻通道的長(zhǎng)度和完整環(huán)繞的冷卻通道的長(zhǎng)度之比計(jì)算出。因此，在50%環(huán)繞的冷卻通道中，優(yōu)選開口數(shù)量為1至90，因?yàn)樗贸龅谋戎禐?.5。替換或補(bǔ)充地，開口數(shù)量和開口直徑的比值可以在1 10 1/mm(每毫米十分之一個(gè))和360 1 l/mm(每毫米360個(gè)) 之間。在本發(fā)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(shí)可由上部和下部形成至少一個(gè)共同的支承面。由此可在該支承面的區(qū)域中將單獨(dú)的分離元件簡(jiǎn)單地定位和安裝在活塞中。在本發(fā)明的另一種有利的方案中，活塞包含至少一個(gè)冷卻狹槽和/或至少一個(gè)冷卻孔。所述冷卻狹槽和/或冷卻孔可以優(yōu)選分別設(shè)置在各中斷的冷卻通道之間，使得借助于冷卻狹槽和/或冷卻孔加強(qiáng)對(duì)活塞或者說(shuō)活塞頂?shù)睦鋮s。


借助四個(gè)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)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借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，其借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(shí)施例。
具體實(shí)施例方式附圖1至4中示出用于內(nèi)燃機(jī)的活塞1的局部圖。活塞1在三種實(shí)施例中分別構(gòu)造相同的并且接下來(lái)首先對(duì)其進(jìn)行概括說(shuō)明。之后，分別詳述這三種實(shí)施例。最后，參考這三種實(shí)施例說(shuō)明運(yùn)行狀態(tài)中的活塞。在四個(gè)附圖中相同部件使用同一附圖標(biāo)記并且新的附圖標(biāo)記在附圖中用于不同部件。用于內(nèi)燃機(jī)的活塞1在三種實(shí)施例中包括上部2和下部3。上部2相對(duì)于下部3單獨(dú)制造。在上部2和下部3之間可形成至少一個(gè)共同的支承面。在三種實(shí)施例中分別形成兩個(gè)支承面4、5。上部2和下部3在實(shí)施例中借助摩擦鎖合連接、例如借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(gè)支承面4、5配合地定位。替換或附加地，上部和下部也可借助另一種摩擦鎖合連接、例如壓接彼此連接。替換或附加地，上部和下部也可借助材料鎖合連接、例如粘接和/或焊接彼此連接?；钊?具有至少一個(gè)燃燒室凹腔6 (在實(shí)施例中唯一的燃燒室凹腔6)、至少一個(gè)環(huán)形槽7 (在實(shí)施例中三個(gè)環(huán)繞整個(gè)活塞1的環(huán)形槽7)、唯一的活塞頂17、至少一個(gè)冷卻通道9(在實(shí)施例中兩個(gè)在活塞1中中斷的冷卻通道9)和至少一個(gè)用于將油從相應(yīng)的冷卻通道9排出的排出口 10(在實(shí)施例中多個(gè)用于相應(yīng)的中斷的冷卻通道9的排出口 10)。另外， 在根據(jù)圖1至3的實(shí)施例中，活塞1為每個(gè)中斷的冷卻通道9具有一個(gè)唯一的在槽中的、在相應(yīng)的中斷的冷卻通道9中環(huán)繞的密封環(huán)8并且在根據(jù)圖4的實(shí)施例中具有兩個(gè)在相應(yīng)的中斷的冷卻通道9中環(huán)繞的密封環(huán)8。密封環(huán)8在活塞1中的首先任務(wù)是將相應(yīng)的中斷的冷卻通道9相對(duì)于氣缸套的區(qū)域密封。在實(shí)施例中，多個(gè)燃油射束撞到活塞頂17的上側(cè)上 (在圖1至4中未示出)。接下來(lái)示例性地詳細(xì)說(shuō)明活塞1中的兩個(gè)中斷的冷卻通道9之一。另一中斷的冷卻通道構(gòu)造成相同的。所述兩個(gè)中斷的冷卻通道9在此分別這樣設(shè)置在活塞1中，S卩，它們位于一個(gè)平面中并且與活塞中軸線(在沖程方向上看)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(gè)實(shí)施例中形成對(duì)稱設(shè)置。所述兩個(gè)中斷的冷卻通道9在此分別基于其尺寸構(gòu)成一個(gè)約150°的角。具有這兩個(gè)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(gè)冷卻狹槽和/或至少一個(gè)冷卻孔，在所述位置上在兩個(gè)中斷的冷卻通道9之間存在距離。在實(shí)施例中，在所述位置上分別設(shè)置兩個(gè)冷卻狹槽，以便進(jìn)一步支持冷卻。接下來(lái)所描述的活塞1中的兩個(gè)中斷的冷卻通道9之一在實(shí)施例中通過(guò)分隔元件 11被劃分為兩個(gè)區(qū)域。冷卻通道9的一個(gè)形成的區(qū)域是壓力室12，該壓力室形成于冷卻通道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(qū)域是在容積上相對(duì)于原始冷卻通道9減小的冷卻通道9a。在所述三個(gè)實(shí)施例中，中斷的冷卻通道9僅具有一個(gè)唯一的分隔元件11，該分隔元件僅由一個(gè)唯一的零部件構(gòu)成。分隔元件11在整個(gè)中斷的冷卻通道9的區(qū)域中環(huán)繞一次。分隔元件11在根據(jù)圖1至4的實(shí)施例中還具有至少一個(gè)開口 16。這些實(shí)施例分別具有多個(gè)開口 16，其在各個(gè)實(shí)施例中還將被詳細(xì)說(shuō)明。作為替換方案，分隔元件可由多個(gè)用于組合成一個(gè)完整的分隔元件的零部件構(gòu)成，該分隔元件組合成在中斷的冷卻通道的區(qū)域中完整環(huán)繞。至少一個(gè)開口在此也可通過(guò)至少兩個(gè)分隔元件構(gòu)成，由此在組合所述至少兩個(gè)分隔元件時(shí)形成至少一個(gè)唯一的開口。在所述實(shí)施例中，分隔元件11例如由鋁合金制成。接下來(lái)，分別對(duì)所述三個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。分隔元件11在根據(jù)圖1的實(shí)施例中借助摩擦鎖合連接、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(shí)施例中，在活塞1的中斷的冷卻通道9中使用支撐螺栓13， 其借助螺紋擰緊在活塞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(yōu)選使用三個(gè)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(lái)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(shè)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(shuō)明圖1所示的使用的支撐螺栓13之一。通過(guò)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(cè)上借助螺母固定于支撐螺栓上，支撐螺栓以其下側(cè)借助螺紋擰緊于下部3中。根據(jù)圖1，分隔元件11在此以一個(gè)區(qū)域平置于下部3的一個(gè)平面上，從而形成壓力室12。分隔元件11的另一區(qū)域與冷卻通道9的壁借助至少一個(gè)密封元件、優(yōu)選借助至少一個(gè)密封環(huán)元件15和/或至少一個(gè)硬橡膠相對(duì)于活塞1中減小的冷卻通道9a密封。在根據(jù)圖1的實(shí)施例中，為分隔元件11分別使用一個(gè)唯一的密封環(huán)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(jù)圖1，密封環(huán)元件15嵌入分隔元件11中的槽中。作為替換方案，分隔元件可借助硬橡膠相對(duì)于冷卻通道壁密封，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(zhì)量，借助制造工藝、優(yōu)選借助切削制造工藝如銑削和/或磨削來(lái)加工活塞1中的壓力室12的表面，使得用于該實(shí)施例中的密封環(huán)元件15可良好地密封并且分隔元件11可很好地在冷卻通道中貼靠在下部3上。在該實(shí)施例中，壓力室首先被銑削并且然后被磨削，從而形成光滑的高質(zhì)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，分隔元件也可借助另一種摩擦鎖合連接、優(yōu)選壓接固定在冷卻通道中。為此，通過(guò)將分隔元件例如楔形地插入或者說(shuō)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，分隔元件也可借助材料鎖合連接、優(yōu)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(shí)施例中，借助多個(gè)位于活塞1的下部3中的進(jìn)油孔(未在圖1中示出)向壓力室12中輸送油。根據(jù)圖1的分隔元件11具有多個(gè)開口 16，其構(gòu)造成管狀的。在此，根據(jù)圖1，分隔元件11具有多個(gè)管狀的上端部分，其彼此間隔開地設(shè)置。例如借助鉆孔在所述上端部分中分別加工出根據(jù)圖1的管狀開口 16?？仔蔚拈_口 16在此不進(jìn)行特殊加工?？赏ㄟ^(guò)開口 16 的形狀使油有針對(duì)性地被噴射到活塞頂下側(cè)18上。通過(guò)根據(jù)圖1的上端部分16的尺寸，從壓力室12噴出的油不會(huì)被噴入到積聚在減小的冷卻通道9a內(nèi)的油中，因?yàn)樵撋隙瞬糠滞怀鲇诜e聚在減小的冷卻通道9a中的油。作為替換方案，各個(gè)開口也可構(gòu)造為噴嘴狀的、例如文丘里噴嘴式的。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(jìn)一步增大或者說(shuō)優(yōu)化。接下來(lái)詳細(xì)說(shuō)明圖2和3的實(shí)施例。
在根據(jù)圖2和3實(shí)施例中，在分隔元件11中設(shè)置凹腔，其構(gòu)成壓力室12。分隔元件11在此平置于在中斷的冷卻通道9的區(qū)域中環(huán)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(guò)穿過(guò)下部3和硬橡膠20的連桿或銷借助于至少一個(gè)分別穿過(guò)下部3和硬橡膠20的進(jìn)油孔 21借助于泵作用或噴射被供給油。在根據(jù)圖2和3的實(shí)施例中，活塞1具有多個(gè)進(jìn)油孔21。 在凹腔中通過(guò)從進(jìn)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(guī)定的壓力和以規(guī)定的體積流量連續(xù)地后續(xù)流入壓力室12、即流入凹腔中。根據(jù)圖3，通過(guò)分隔元件11中的至少一個(gè)固定孔14(在該實(shí)施例中優(yōu)選為三個(gè)固定孔14)并且通過(guò)硬橡膠20中的至少一個(gè)孔(在該實(shí)施例中優(yōu)選為三個(gè)孔)，至少一個(gè)圓柱頭螺栓22 (在該實(shí)施例中優(yōu)選為三個(gè)圓柱頭螺栓2 穿過(guò)分隔元件11和硬橡膠20并且借助至少一個(gè)螺紋(在該實(shí)施例中為三個(gè)螺紋)與下部3擰緊。在此，每個(gè)圓柱頭螺栓22 穿過(guò)一個(gè)固定孔14和硬橡膠20的一個(gè)孔并且根據(jù)圖3借助于螺紋擰接。由此，分隔元件 11和硬橡膠20與活塞1的下部3固定連接并且在中斷的冷卻通道9中形成通過(guò)硬橡膠20 密封的壓力室12。根據(jù)圖2和3的分隔元件11具有多個(gè)狹槽狀開口 16，在圖2和3中分別僅示出一個(gè)開口 16。分隔元件11具有多個(gè)配合的狹槽狀上端部分，其分別具有一個(gè)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(jù)圖2和3的實(shí)施例中分別在分隔元件 11或者說(shuō)相應(yīng)的上端部分中被鉆出。接下來(lái)簡(jiǎn)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分別借助于在中斷的冷卻通道9中的上端部分以一定的角區(qū)段(例如40° )在中斷的冷卻通道中環(huán)繞。由此，當(dāng)油從分隔壁11的狹槽狀開口 16中狹槽狀地噴出時(shí)，借助開口 16的狹槽形狀可噴射活塞頂下側(cè)18的一個(gè)面狀區(qū)域。作為替換方案，分隔元件也可粘接在硬橡膠上。隨后，可將與冷卻通道的下部區(qū)域相配合的硬橡膠粘接在冷卻通道中的凹部中。接下來(lái)詳述圖4的實(shí)施例。在根據(jù)圖4的實(shí)施例中，分隔元件11作為一個(gè)部件摩擦鎖合地嵌入活塞1的下部 3中并且與其固定。在此，在下部3和分隔元件11之間形成兩個(gè)接合區(qū)域23。根據(jù)圖4，分隔元件11的壓力室12借助兩個(gè)密封環(huán)8相對(duì)于減小的冷卻通道9a和氣缸套密封，所述密封環(huán)分別定位在根據(jù)圖4的分隔元件11的一個(gè)槽中。在上部2的背離環(huán)形槽7的一部分壁和位于分隔元件11中的凹腔之間形成壓力室12，油從該壓力室中通過(guò)分隔元件11的至少一個(gè)開口 16流出。在該實(shí)施例中，分隔元件11具有多個(gè)開口 16。所述開口在此分別配合地設(shè)置在分隔元件11中，使得根據(jù)圖4 一個(gè)開口 16例如形成于分隔元件11的上方接片中。在根據(jù)圖4的實(shí)施例中，所述開口 16分別在分隔元件11中被鉆出。通過(guò)相應(yīng)的鉆孔的深度和形狀產(chǎn)生管狀開口 16，其將流出的油配合地朝向活塞頂下側(cè)18引導(dǎo)。另外，分隔元件11具有多個(gè)進(jìn)油孔21。在圖4中僅示出一個(gè)開口 16和一個(gè)進(jìn)油孔21。接下來(lái)示例性地說(shuō)明根據(jù)圖1至4的三種實(shí)施例的活塞1在內(nèi)燃機(jī)中的運(yùn)行。在實(shí)施例中通過(guò)連桿和銷借助泵作用或噴射在壓力下被供給的油經(jīng)由進(jìn)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(yōu)選約3巴的壓力可連續(xù)地將油從分隔元件11的開口 16朝活塞頂下側(cè)18的方向噴出。從每個(gè)開口 16噴出一個(gè)唯一的射束19。在根據(jù)圖1和4的實(shí)施例中，射束19 基于相應(yīng)的鉆孔形狀的開口 16的管狀造型而具有大致圓形的射束19。在根據(jù)圖2和3的實(shí)施例中，相應(yīng)的射束19按照噴出的面狀的油壁的形式構(gòu)成，因?yàn)楦鶕?jù)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(cè)18上的射束19在所述三個(gè)實(shí)施例中借助相應(yīng)的開口 16的定向準(zhǔn)確地撞到活塞頂下側(cè)18的這樣的區(qū)域上，這些區(qū)域位于活塞頂17的不直接承受燃料射束的區(qū)域的對(duì)面。替換或附加地，也可借助相應(yīng)的開口的定向?qū)⒂蛧娚涞交钊斚聜?cè)的這樣的區(qū)域上，這些區(qū)域位于活塞頂?shù)闹苯映惺苋剂仙涫膮^(qū)域的對(duì)面。當(dāng)活塞1下降、即當(dāng)燃燒室擴(kuò)大時(shí)，由于油的慣性，油在較高的壓力下(在所述三個(gè)實(shí)施例中油分別具有大于3巴的壓力)通過(guò)相應(yīng)的開口 16從壓力室12中噴出并且從開口 16朝活塞頂下側(cè)18方向加速。剛剛噴入減小的冷卻通道9a中的油隨后再次通過(guò)多個(gè)排出口 10從減小的冷卻通道9a中排出。為了具有至少一個(gè)冷卻狹槽和/或至少一個(gè)冷卻孔的活塞，在另一種可能的代替上述實(shí)施例的實(shí)施方式中，活塞可構(gòu)造為單支承活塞(Einauf lagenkolben)，也就是說(shuō)該活塞僅需一個(gè)唯一的(內(nèi))支承面。作為內(nèi)支承面例如參見圖1中位于內(nèi)部(靠近活塞中軸線)的支承面4。在上述實(shí)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(huán)繞的。分隔元件配合冷卻通道的形狀和大小進(jìn)行調(diào)整。例如可使用一件式的、環(huán)繞的分隔元件。優(yōu)選在環(huán)繞的冷卻通道的情況下使用六至八個(gè)固定裝置(例如支撐螺栓或圓柱頭螺栓)以及配合數(shù)量的螺紋以將分隔元件固定在環(huán)繞的冷卻通道中。作為替換方案，在另一種實(shí)施方式中，活塞僅具有一個(gè)唯一的冷卻通道并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于360°的角度。分隔元件配合冷卻通道的形狀和大小進(jìn)行調(diào)整。在另一種替換的實(shí)施方式中，活塞包括鑄造的上部和單獨(dú)鑄造的下部。在這種活塞中，分隔元件也可借助成形工藝、優(yōu)選鑄造在活塞部件的冷卻通道中一同被制造，其方式是例如下部借助鑄造工藝、如砂型鑄造或金屬型鑄造來(lái)制造并且例如借助失芯技術(shù)直接在下部中鑄造出分隔元件。在另一種替換的實(shí)施方式中，也可將包括上部和下部的整個(gè)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(shí)施方案中，可在活塞中實(shí)現(xiàn)圖1至4所示的三種實(shí)施方案的任
思組合。附圖標(biāo)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(huán)形槽
8密封環(huán)
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(huán)元件
16開口
17活塞頂
18活塞頂下側(cè)
19射束
20硬橡膠
21進(jìn)油孔
22圓柱頭螺栓
23接合區(qū)域
T(狹槽狀開口的)深度
權(quán)利要求
1.用于冷卻內(nèi)燃機(jī)的活塞(1)的方法，其中，承受至少一個(gè)燃料射束的活塞頂(17)通過(guò)噴射的油來(lái)冷卻，所述油通過(guò)在填充油的壓力室(1 中產(chǎn)生的壓力從壓力室(1 出發(fā)通過(guò)分隔元件(11)的至少一個(gè)開口(16)有針對(duì)性地被噴射到活塞頂下側(cè)(18)的至少一個(gè)區(qū)域上，所述分隔元件定位在活塞(1)的冷卻通道(9)中并且由此在冷卻通道(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(gòu)成可填充油的所述壓力室 (12)，其特征在于，將所述油連續(xù)地有針對(duì)性地噴射到活塞頂下側(cè)(18)的這樣的區(qū)域上， 該區(qū)域位于活塞頂(17)的不直接承受燃料射束的區(qū)域的對(duì)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述填充油的壓力室(1 中建立1.5 巴至10巴、優(yōu)選約3巴的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在填充油的壓力室(1 中建立的壓力經(jīng)由連桿或銷借助于泵作用或噴射來(lái)產(chǎn)生。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述油附加地連續(xù)地有針對(duì)性地噴射到活塞頂下側(cè)(18)的這樣的區(qū)域上，該區(qū)域位于活塞頂(17)的直接承受燃料射束的區(qū)域的對(duì)面，從而承受燃料射束的區(qū)域和不承受燃料射束的區(qū)域都被噴射。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，通過(guò)活塞(1)的沖程運(yùn)動(dòng)，將所述油從壓力室(12)出發(fā)通過(guò)分隔元件(11)的開口(16)附加地朝向活塞頂下側(cè)(18)噴出和加速。
6.內(nèi)燃機(jī)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(gè)燃料射束，具有至少一個(gè)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)，所述壓力室填充處于壓力下的油，其特征在于，所述開口(16)是如此定向的，使得油連續(xù)地有針對(duì)性地噴射到活塞頂下側(cè)(18)的這樣的區(qū)域上，該區(qū)域位于活塞頂(17)的不直接承受燃料射束的區(qū)域的對(duì)面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的活塞(1)，其特征在于，所述開口(16)是如此定向的，使得油連續(xù)地有針對(duì)性地噴射到活塞頂下側(cè)(18)的這樣的區(qū)域上，該區(qū)域位于活塞頂(17)的直接承受燃料射束的區(qū)域的對(duì)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的活塞(1)，其特征在于，所述活塞(1)具有至少一個(gè)中斷的冷卻通道(9)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的活塞(1)，其特征在于，所述分隔元件(11)借助摩擦鎖合連接、優(yōu)選螺紋連接或壓接固定在冷卻通道(9)上。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的活塞(1)，其特征在于，所述分隔元件(11)借助材料鎖合連接、優(yōu)選粘接和/或焊接固定在冷卻通道(9)上。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的活塞(1)，其特征在于，所述分隔元件(11)由多個(gè)零部件構(gòu)成。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的活塞(1)，其特征在于，在冷卻通道(9)中的通過(guò)分隔元件(11)構(gòu)成的壓力室(12)經(jīng)由至少一個(gè)密封元件、優(yōu)選借助于至少一個(gè)密封環(huán)元件 (15)和/或至少一個(gè)硬橡膠00)相對(duì)于活塞(1)中的冷卻通道(9)密封。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的活塞(1)，其特征在于，所述開口(16)構(gòu)造成管狀的、狹槽狀的和/或噴嘴狀的。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的活塞(1)，其特征在于，所述活塞(1)包含至少一個(gè)冷卻狹槽和/或至少一個(gè)冷卻孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于冷卻內(nèi)燃機(jī)的活塞(1)的方法，其中，承受至少一個(gè)燃料射束的活塞頂(17)通過(guò)噴射的油來(lái)冷卻，所述油通過(guò)在填充油的壓力室(12)中產(chǎn)生的壓力從壓力室(12)出發(fā)通過(guò)分隔元件(11)的至少一個(gè)開口(16)有針對(duì)性地被噴射到活塞頂下側(cè)(18)的至少一個(gè)區(qū)域上，所述分隔元件定位在活塞(1)的冷卻通道(9)中并且由此在冷卻通道(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(gòu)成可填充油的所述壓力室(12)，根據(jù)本發(fā)明將所述油連續(xù)地有針對(duì)性地噴射到活塞頂下側(cè)(18)的這樣的區(qū)域上，該區(qū)域位于活塞頂(17)的不直接承受燃料射束的區(qū)域的對(duì)面。
文檔編號(hào)F01P3/08GK102575614SQ201080032559
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月25日
發(fā)明者M·拉夸, V·萊納特 申請(qǐng)人:Ks科爾本施密特有限公司