內燃機活塞的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種內燃機活塞，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 面向活塞內部的內表面。
【背景技術】
[0002] 這種活塞為具有噴射冷卻的活塞，即，通過從活塞裙側的終端噴射出冷卻劑而實 現活塞的冷卻。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] 這樣構成解決方案，即，從活塞裙的自由端起始，在活塞內部的受壓側和/或背壓 偵牝滾動面的內表面連續(xù)轉變成為冷卻油而設的導向面，該導向面在其所在側連續(xù)地轉變 成為下表面。
[0005] 根據本發(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向面上，并且導向面這樣將其引導，即，使其 經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。 作為結果，一方面，利用冷卻劑而將活塞內面上明顯更大的面積濕潤和冷卻，另一方面，使 冷卻劑在活塞內面具有明顯更長的停留時間。總的來說這引起了在活塞內面上的明顯更強 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的方向傳導到活 塞內面的熱量散走。
[0006] 在從屬權利要求中會給出有利的擴展方案。
[0007] 在理想的情況下，導向面這樣引導冷卻劑，即，使其經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向面朝中軸的方向流動。因此優(yōu)選地，既在受壓側 又在背壓側來設置根據本發(fā)明的具有導向面的設計方案。
[0008] 這樣設置一種優(yōu)選的擴展方案，即，內面區(qū)域與活塞中軸呈角δ處設置的切線與 活塞中軸構成角β，從而使每個下表面與活塞中軸構成角α并且使角β小于或等于角 α。由此構成的導向面以及下表面的幾何結構允許了從導向面向著下表面的、對所噴射的 冷卻劑特別有效的導向，以及特別適于流動的冷卻劑的流動。特別優(yōu)選的是，在導向面的區(qū) 域設置切線。
[0009] 本發(fā)明一種特別優(yōu)選的實施方式是，設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介質。金屬的熱傳導介質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 為冷卻劑設置進入口也沒有設置排出口。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介質的活塞而言，熱傳導介質不能夠從空腔中流出。 在發(fā)動機工作中通過熱傳導介質從活塞頂的方向所吸收的熱量會直接釋放到周圍環(huán)境中， 尤其是在活塞環(huán)帶區(qū)域內以及空腔的下方區(qū)域內。因此，根據本發(fā)明的活塞內面的設計方 案特別優(yōu)選地適合于這類活塞。朝活塞內面的方向傳導由熱傳導介質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介質傳 導到活塞內面的熱量散走。在滾動面區(qū)域，使活塞內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，實現了有效的熱傳導。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。 與現有技術相比實現了更小的摩擦損耗。
[0013] 這樣設置根據本發(fā)明的活塞的另一種有利的設計方案，即，在環(huán)帶內部設置具有 槽高h3的最低環(huán)形槽，在最低環(huán)形槽的下側壁和空腔最低位置之間設置間隔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，并且空腔內容 納的熱傳導介質對活塞內面的熱傳導就越有效。環(huán)形槽的下側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)域的積炭的風險。
[0014] 優(yōu)選地，向著環(huán)帶的空腔外壁朝活塞頂的方向至少部分地向活塞中軸傾斜。 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介質在活塞沖程中通過所謂的 "Shaker-Effect"（振動效應）所引起的運動。此外還避免了，過度加熱的熱傳導介質接觸 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作用。
[0016] 優(yōu)選地，使熱傳導介質的充填量為空腔以及至少一個孔的總容積的5%至10%。 這具有這樣有利的效果，即，金屬的熱傳導介質將熱量朝活塞裙的方向有效地傳導至空腔 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的方 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] 適合于作為熱傳導介質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 )，Fields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