[發明專利]內燃機活塞及其制造方法

在審

• 申請號: 201280051000.3
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN103890364A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 烏爾里希·比朔夫貝格爾
• 申請（專利權）人: 馬勒國際公司
• 主分類號: F02F3/18
• 分類號: F02F3/18
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 張天舒;張杰

技術領域

本發明涉及一種內燃機活塞，該活塞具有活塞頭和活塞裙，其中活塞頭具有環繞的活塞環帶以及活塞環帶范圍內的、環繞的冷卻通道，其中活塞裙具有設有輪轂孔的活塞銷座，該活塞銷座通過輪轂連接部設在活塞頭的下側上，其中活塞銷座通過滑動面相互連接。

背景技術

在現代化的內燃機中，活塞在活塞頂的區域中總是受到較高的溫度負荷。這在運行過程中導致活塞頭和活塞裙之間的溫度差異巨大。因此也使得冷發動機中的活塞裝配間隙不同于熱發動機中的裝配間隙。

發明內容

本發明的目的在于，進一步發展這種活塞，即，將運行過程中在活塞頭和活塞裙之間的溫度分布調節均勻。

解決方案在于，設置至少一個向外閉合的孔，該孔安置在滑動面和輪轂孔之間，至少一個孔通入到冷卻通道中，冷卻通道和至少一個孔具有低熔點金屬形式或低熔點金屬合金形式的冷卻劑。

根據本發明的活塞具有這樣的特征，即，在活塞頂區域中生成的熱量通過活塞頭傳導到活塞中并且通過相對大面積的滑動面得到釋放。因此在運行過程中實現了整個活塞上的均勻熱分散。此外實現了整個活塞的有效冷卻。

如果額外用冷卻油冷卻活塞頭的下側，則避免了油積碳的形成。此外，總體上減少了冷卻油消耗。

通過額外加熱活塞銷座和活塞裙之間的區域，引起活塞裙額外的熱膨脹并由此減少活塞和汽缸之間的熱間隙。特別有利的是，使用由輕金屬材料、例如鋁基材料構成的曲軸箱，該輕金屬材料的熱膨脹系數比活塞材料的熱膨脹系數高。

從屬權利要求中給出了有利的擴展方案。

適合用作冷卻劑的低熔點金屬特別是鈉或鉀。作為低熔點的金屬合金特別是可以采用合金、低熔點的鉍合金和鈉-鉀合金。

由鎵、銦和錫構成的合金系統稱為所謂的合金，該合金系統在室溫下是液態的。該合金由65重量%至95重量%的鎵、5重量%至26重量%的銦和0重量%至16重量%的錫構成。優選的合金例如是這些具有68重量%至69重量%的鎵、21重量%至22重量%的銦和9.5重量%至10.5重量%的錫的合金（熔點為-19℃）、具有62重量%鎵、22重量%銦和16重量%錫的合金（熔點為10.7℃）以及具有59.6重量%鎵、26重量%銦和14.4重量%錫的合金（三元共晶體，熔點為11℃）。

低熔點的鉍合金是普遍已知的。其中例如包括LBE（共晶的鉍-鉛合金，熔點為124℃）、玫瑰金屬（50重量%鉍、28重量%鉛和22重量%錫，熔點為98℃）、奧利安金屬（42重量%鉍、42重量%鉛和16重量%錫，熔點為108℃）、快速焊劑（52重量%鉍、32重量%鉛和16重量%錫，熔點為96℃）、d’Arcets金屬（50重量%鉍、25重量%鉛和25重量%錫）、伍德合金（50重量%鉍、25重量%鉛、12.5重量%錫和12.5重量%鎘，熔點為71℃）、Lipowitz金屬（50重量%鉍、27重量%鉛、13重量%錫和10重量%鎘，熔點為70℃）、哈珀斯金屬（44重量%鉍、25重量%鉛、25重量%錫和6重量%鎘，熔點為75℃）、Cerrolow117（44.7重量%鉍、22.6重量%鉛、19.1重量%銦、8.3重量%錫和5.3重量%鎘，熔點為47℃）、Cerrolow174（57重量%鉍、26重量%銦、17重量%錫，熔點為78.9℃）、Fields金屬（32重量%鉍、51重量%銦、17重量%錫，熔點為62℃）以及沃克合金（45重量%鉍、28重量%鉛、22重量%錫和5重量%銻）。

適合的鈉-鉀合金可以含有40重量%至90重量%的鉀。特別適合的是共晶合金NaK，該合金含有78重量%的鉀和22重量%的鈉（熔點為-12.6℃）。

冷卻劑額外可以含有鋰和/或氮化鋰。如果在填充過程中使用氮氣作為保護氣，那么氮氣可以和鋰反應形成氮化鋰并且以這種方式從冷卻通道中去除。

如果在填充過程中可能存在的干燥空氣和冷卻劑發生了反應，那么冷卻劑還可能含有氧化鈉和/或氧化鉀。

優選設置四個孔，這些孔安置在滑動面和輪轂孔之間，從而實現活塞中特別均勻的溫度分布。

至少一個孔以適宜的方式借助密封部件進行閉合，例如將該密封部件壓入孔中或者和活塞焊接，從而避免冷卻劑出來。

在冷卻通道和至少一個孔中所容納的冷卻劑的量取決于冷卻劑的導熱性和希望的溫度控制程度。冷卻劑優選具有直至冷卻通道一半高度的填充高度，從而獲得振蕩效果并因此實現活塞中特別有效的熱分散。