[發明專利]摩擦焊接的具有優化的冷卻通道的鋼活塞

無效

• 申請號: 200980135046.1
• 申請日: 2009-04-07
• 公開（公告）號: CN102149916A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: V·格尼斯默
• 申請（專利權）人: KS科爾本施密特有限公司
• 主分類號: F02F3/00
• 分類號: F02F3/00;F02F3/22;B23P15/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 董華林

技術領域

本發明涉及一種內燃機的由鋼制成的活塞，該活塞包括一上部件和一下部件，該上部件和下部件的接合橋接部在接觸幾何結構的區域中借助摩擦焊接材料鎖合地(stoffschlüssig)連接，以形成一個結構單元。為了冷卻，在活塞中集成有至少一個被冷卻劑加載的冷卻通道。冷卻劑——內燃機的潤滑油通過噴射噴嘴的自由射束到達進入開口中，流過冷卻通道并且通過排出開口離開該冷卻通道。

背景技術

內燃機的活塞的熱負荷高的區、例如活塞頂中的燃燒室凹腔或第一槽的區域要求有效的冷卻。為此，已知的是在活塞中集成冷卻通道。冷卻劑、優選內燃機的潤滑油通過優選構造為空腔的冷卻通道循環。活塞冷卻的效率特別是由冷卻通道中的冷卻劑的交換體積決定。

US?6,155,157公開了一種冷卻通道活塞，該冷卻通道活塞包括兩個可相互分開地制造的構件，這兩個構件通過摩擦焊接方法材料鎖合地接合在一起。作為冷卻通道，設有相對于活塞的活塞環區環繞地間隔開的、旋轉對稱地設計的環形通道，該環形通道通過位置固定地定位的噴射噴嘴被加載冷卻劑、特別是內燃機的潤滑油。

由DE?39?06?582?C1已知一種多部件式活塞，該多部件式活塞的各單個部件借助摩擦焊接相連接，以實現材料鎖合的連接和一個結構單元。在該方法中，使這些構件在壓力負載下、優選通過旋轉運動相對彼此摩擦，直到接觸幾何結構或者說接合區已經達到適合于焊接兩個構件的溫度。在通過摩擦加熱之后接著頂鍛/擠壓過程，在該頂鍛/擠壓過程中這些構件的軟的或熔化的區域被撕開、塑性變形并相互壓緊。在此，在接合橋接部的兩側形成從接觸幾何結構出來的焊縫隆起。

此外存在壓縮高度小的活塞，在該活塞中由于活塞結構高度，在活塞的上部件和下部件之間形成比較短的接合橋接部。由于在接觸幾何結構的區域中的與此相關聯的窄的結構空間，存在以下危險，即，冷卻通道的設計成孔的進入開口和排出開口在接合過程、即摩擦焊接方法中由于焊縫隆起而變窄。由此冷卻劑交換減少，關聯著直接地不利地影響活塞的冷卻。

發明內容

本發明的目的在于，創造一種具有改善的冷卻作用的冷卻通道活塞，在該冷卻通道活塞中，冷卻劑在冷卻通道中的停留時間延長。

該目的通過權利要求1的特征和通過按權利要求11的方法實現。

按照本發明，根據權利要求1規定，為了將冷卻劑導入到冷卻通道中，進入開口包圍一裝入下部件中的流動管。以一超出距離從冷卻通道底部突出的流動管的開口在此定位在接觸幾何結構及其所屬的、摩擦焊接的焊縫隆起的上方。

流動管這樣地設置于形成在上部件與下部件之間的接觸幾何結構中，即，該流動管以一超出距離從冷卻通道底部突出。超出距離的尺寸按照本發明選擇成，使得流動管的開口定位在借助摩擦焊接、特別是摩擦-摩擦焊接形成的焊縫隆起的上方。對于活塞冷卻效果起決定作用的冷卻劑交換因此不受限制，因為在冷卻通道的進入開口的區域中不會由于焊縫隆起而形成不利地影響活塞冷卻作用的橫截面縮小。

在活塞的上升沖程期間，位于冷卻通道中的冷卻劑由加速度引起地被壓到冷卻通道底部上。在此，按照本發明的流動管安裝位置禁止冷卻劑經由冷卻通道的進入開口回流或排出并且保證對冷卻通道的優化的在360°的曲軸轉角上延伸的填充。同時，阻止在進入開口處由于出來的冷卻劑引起的不利的導致油起泡的流動影響。

通過在活塞的上止點中快速實現的、活塞的運動反轉，位于冷卻通道底部上的冷卻劑或者潤滑劑由于慣性作用而被大面積地甩到冷卻通道的特別是由活塞頂的下側形成的蓋面上。對整個冷卻通道加載的冷卻劑與活塞交替運動相結合地引起對冷卻劑流的優化以及對搖晃作用(Shakerwirkung)的改進利用。

冷卻劑(冷卻油)在冷卻通道中的增加的停留時間以及增強的搖晃效應引起待冷卻的熱負荷高的活塞區域的改進的期望的散熱。

在整個冷卻通道上運動的冷卻劑負責有效地冷卻熱應力高的活塞區，而沒有冷卻劑的燃燒危險。

本發明的其它有利的構型是從屬權利要求2至10的內容。

根據本發明的一種優選構型，在流動管的開口和冷卻通道底部之間的距離尺寸“x”超過尺寸“y”，該尺寸“y”定義在活塞的上升運動中在冷卻通道中的冷卻劑液面高度。形成的差值尺寸或距離尺寸保證，與活塞運動方向無關地不發生在進入開口的區域中的不利回流和冷卻劑的與此關聯的射束影響。形狀穩定的流動管在摩擦焊接之前這樣地設置在活塞下部件的接納孔中，使得在與活塞上部件接合在一起之后形成距離尺寸“x”。