专利名称：往复活塞式发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种往复活塞式发动机，特别是一种二冲程大型柴油机，它具有至少一个布置在气缸中、圆周方向设有环形活塞环的活塞，所说活塞连接在一个最好设有法兰的活塞杆上，并且具有一些与一个可以供给冷却剂且设在活塞杆内的供给管连通的、设置在环形活塞侧壁区域中的、轴向平行的冷却孔，这些冷却孔通过径向的排出通道与一个设在活塞杆内的回流管路连通。
例如从DK161405B中已知一种这种类型的结构布置。在这种已知的结构中，通向回流管路的排出通道大致垂直于活塞轴线。在此，平行于活塞轴线的惯性力不能用于对含在垂直于活塞轴线的排出通道中的冷却剂进行加速。因此，就不可能在活塞到达上止点之前的减速过程中出现的朝上的惯性力的作用下，将存在于排出通道中的冷却剂导入到冷却孔中。由于在此不是每个冷却孔都配备有一个排出通道，因此在已知的结构中，这会导致在圆周上的不均匀冷却。
由此得出，本发明的任务在于，以简单而成本低廉的方式对开头所述类型的结构进行如此的改进，以致实现充分利用冷却剂的吸热能力。
根据本发明，这一任务是这样完成的每一个轴向平行的冷却孔配备有至少一个通向回流管路的排出通道，并且至少使排出通道在冷却孔一侧的端区相对于活塞轴线径向向外上升倾斜。
借助这一措施，将以最为简捷而又成本低廉的方式完成上述任务。由于排出通道至少在冷却孔一侧的端区是倾斜的，因此，例如在活塞到达上止点之前的减速过程中出现朝上的惯性力的情况下，含在排出通道中的冷却剂以及高压压入到回流管路中的冷却剂被喷入到冷却孔中，这将在那里导致很强的湍流并且因此导致良好的热传导。此外，喷入到冷却孔中的冷却剂还撞击到各相配的冷却孔在轴向与出口区域相对的侧壁区域上，并且在孔壁上一直上升到位于活塞顶端的上孔端，该上孔端被涂上冷却剂且因此与孔壁一样被冷却。由于喷入的冷却剂进入到了活塞特别承受高热负荷的区域，因此能够实现特别好的冷却效果。由于每一个冷却孔都配备有一个排出管路，所以在活塞的圆周上以优选的方式形成了均匀的冷却，由此抑制了活塞内的热应力。
上述措施的优选结构和合适的改进将在从属权利要求中给出。这样，有利的是，所说冷却孔在其下端可以通过一个环形通道彼此相连，通向回流管路的排出通道偏离该环形通道，在此，所说排出通道在该环形通道一侧的端部布置成高于该环形通道的底面。这样则以优选的方式形成了一个位于活塞下部区域中的冷却剂蓄存池，冷却剂不能从该蓄存池排走。由于该冷却剂蓄存池位于下部冷却的活塞区域，因此冷却剂也被冷却了。在出现向上的惯性力情况下，含在由环形通道构成的冷却剂蓄存池中的冷却剂被高速抛掷到冷却孔中并且还一直进入到配置在活塞顶端的冷却孔上端区域中。此外从环形通道构成的冷却剂蓄存池高速抛掷出来的冷却剂还与通过排出通道喷出的冷却剂横贯，由此形成很强的涡流和湍流，这对热传导产生了有利的作用。
有利的是，至少每个排出通道在冷却孔一侧的端区的轴线和各相配的冷却孔的轴线布置在一个平面内。这一措施确保喷入到冷却孔中的油能够顺利地上升到冷却孔的上端区。
上述措施的另一种合适的结构可以是，至少排出通道在冷却孔一侧的端区的轴线在活塞环组的上部区域的高度上与各相配的冷却孔的相对侧壁区域相遇。这一区域受到很强的热应力，喷入的冷却剂可以将这种应力消除。同时确保冷却剂还能够从这里可靠地进入到冷却孔的上端区中。
有利的是，至少排出通道在冷却孔一侧的端区设计成喷嘴孔。这样产生了所期望的喷射效应，并且由此形成了特别好的涡流和很强的湍流，这对热传导产生了有利的作用。
上述措施的其他优选结构和合适的改进将在以下的从属权利要求中给出，并且可以借助附图从下面的实例说明中得到进一步的说明。
在下述附图中
图1是带有局部剖面的二冲程大型柴油机的气缸-活塞结构图，和图2是从下面看的图1的活塞。
大型十字头发动机，例如二冲程大型柴油机是本发明的主要应用领域，其活塞通过一个活塞杆与一个十字头连接。图1显示的是这种类型的发动机的一个布置在气缸1中的活塞2。该活塞2通过一个活塞杆3与一个未详细描述的十字头连接。大型十字头发动机的主要结构本身是已知的，因此，在此不再需要做进一步的阐述。
所说活塞杆3在其上端设有一个由法兰4限定的轴颈5，该轴颈插入到活塞2的一个中央凹槽6中。该凹槽向上由活塞顶7限定而圆周方向则由环形活塞侧壁8限定，该活塞侧壁将其下缘径向向内的区域紧贴在活塞杆3的法兰4上。所说的活塞侧壁8设置有一些构成活塞环组9、圆周方向环形的活塞环并且径向在所说法兰4之外通过一个连接上的活塞裙10得到延长，该活塞裙将一个径向向内的套环11靠在活塞杆3的法兰4上。
在其紧贴在活塞杆3的法兰4上的区域之外，所说活塞侧壁8设有一些轴向平行的冷却孔12，这些冷却孔一直达到活塞的上部区域。冷却孔12的球形上端部紧靠在活塞顶端13边缘的下方。如图2清楚所示的那样，所说冷却孔12在圆周方向上均匀分布并且紧靠着并排布置，这样，活塞2差不多在其整个圆周上都可以进行冷却。
轴向平行的冷却孔12的上端分别通过一个横贯环形活塞侧壁8邻接区域的供应通道14与中央凹槽6相连。该凹槽可由一个设在活塞杆3内的中央供给管15供给冷却剂。所说冷却剂将以本身已知的方式由一个通过十字头的孔系输送给供给管15。所说活塞2的中央凹槽6此外还起分配室的作用，从该分配室出发，通过供应通道14将冷却剂输送给冷却孔12，如图中由流动箭头表示的那样。
在此冷却孔12在其下端通过一个环形通道16彼此相连，该环形通道一部分进入到活塞侧壁8中并且一部分进入到活塞裙10中，而其径向向内的边界则在活塞侧壁8下方由活塞杆3的法兰4的圆周面构成。
横贯活塞杆3的法兰4的排出通道17偏离环形通道16，这些排出通道通向一个设在活塞杆3内的、环绕着中央供给孔15的回流管路18。所说排出通道17在此设计成横贯法兰4的孔，它们相对于活塞轴线这样倾斜，以致产生径向向外上升倾斜的走向。借此从活塞侧壁8在法兰4上的安装面，构成所说排出通道17的孔实现了比较大的中间距离，如图1所示。
每一个冷却孔12都配备有一个排出通道17。此外每个冷却孔12的轴线和构成各相配的排出通道17的孔的轴线还分别处在一个平面内，如图2可以看到的那样。设计成横贯活塞杆3的法兰4的孔的排出通道17偏离环形通道16，如图1所示。在这种情况下，构成排出通道17的孔在环形通道一侧的端部位于环形通道16的由套环11构成的底面以上h距离。该距离为活塞直径的 到 为宜，且优选为活塞直径的 。所说排出通道17相应地构成了溢流通道，这些溢流通道在环形空间16中使图1中用水平线19表示的液面成为可能。
由供给管15输送给活塞2的中央凹槽6的冷却剂通过供应通道14进入到冷却通道12中，并且通过排出通道17回送给回流管路18，该回流管路与配备给发动机的冷却系统的回流支路相连。由于排出通道17在环形通道一侧的入口相对于环形通道16的底面的位置高出h距离，冷却剂在环形通道16中受到了限制，因此冷却剂不能通过排出通道17排走。与此相应形成了一个由水平线19表示的冷却剂蓄存池。
当向上的惯性力对活塞2和活塞杆3中所含的冷却剂起作用时，就是在活塞到达上止点之前的减速情况下，形成冷却剂蓄存池19的冷却剂被高速抛掷到偏离环形通道16并相对该环形通道16相应敞开的冷却孔12中。所说冷却剂此外还掠过冷却孔12的球形上端区，由此使活塞顶端13得到附加冷却。同时，由于向上的惯性力，含在排出通道17中的冷却剂以及从下面高压压入到回流管路18中并分配到排出通道17上的冷却剂还逆着正常的排出方向输送给活塞2。
此外，构成排出通道17的孔的直径还是如此的小，以致能产生一种所谓的喷射效应。回送到活塞中的冷却剂相应以喷嘴状进行喷射，这样便产生一种良好的涡流和很强的湍流，由此确保一种良好的热传导。由于排出通道17的入口位于环形通道16的上部区域中并且构成排出通道17的孔在径向向外上升，所以能将冷却剂喷入到冷却孔12中，冷却剂在其内继续上升。由于每一个冷却孔12都配备有一个排出通道17，如图2清楚所示的那样，所以每个冷却孔12都相应地被供给了冷却剂，这确保了在活塞的整个圆周上的均匀冷却效果。
构成排出通道17的孔相对于活塞轴线的倾角是这样确定的，以致于从每个排出通道17喷入到各相配的冷却孔12中的冷却剂在活塞环组9的上部区域中撞击到各相配的冷却孔12的与排出通道17在环形通道一侧的端部相对的侧壁区域上，这样可以确保这一承受高热负荷区域的良好冷却。由于每个冷却孔12的轴线和构成各相配的排出通道17的孔的轴线处在一个平面内，因此，喷入的冷却剂还可以容易地在相配的冷却孔12的侧壁上上升。上升的冷却剂此外还掠过冷却孔12的上部端区，由此使同样承受很强热负荷的活塞顶端13得到附加冷却。喷入的冷却剂束同时产生了很强的涡流和湍流，这样确保了良好的热传导。
所说供给管15的内横截面大致与所说回流管路18的内横截面相对应。此外，所有供应通道14或排出通道17的横截面的总和也大致与该横截面的面积相对应。由于每个冷却孔12都配备有一个排出通道17，如图2清楚所示的那样，因此构成排出通道17的孔的直径自然就比较小，从而产生了所期望的喷射效应。
虽然上面详细描述了本发明的一个优选实施例，但不应以此构成一种限制。相反，为使本发明的总体构思适应于个别情况，有一系列的可能方案可供所属领域的技术人员使用。例如还可以不加考虑地给每一个冷却孔12再配备一个以上的排出管路17。同样，在简单的情况下，还可以放弃在冷却孔12下端设置的环形通道。为了形成冷却剂蓄存池可以简单地将冷却孔16制作得足够深，也就是借此将冷却孔16的下端定位在排出通道的入口以下大约h距离。
权利要求
1．一种往复活塞式发动机，特别是二冲程大型柴油机，它具有至少一个布置在气缸(1)中、圆周方向设有环形活塞环的活塞(2)，所说活塞连接在一个最好设有法兰(4)的活塞杆(3)上，并且具有一些与一个可以供给冷却剂且设在活塞杆(3)内的供给管(15)连通的、设置在环形活塞侧壁(8)区域中的、轴向平行的冷却孔(12)，这些冷却孔通过径向的排出通道(17)与一个设在活塞杆(3)内的回流管路(18)连通，其特征在于每一个轴向平行的冷却孔(12)都配备有至少一个通向回流管路(18)的排出通道(17)，并且至少使排出通道(17)在冷却孔一侧的端区相对于活塞轴线径向向外上升倾斜。
2．根据权利要求1的往复活塞式发动机，其特征在于在所说冷却孔(12)的下端设置一个冷却剂蓄存池(19)。
3．根据前述权利要求之一的往复活塞式发动机，其特征在于所说冷却孔(12)在其下端通过一个环形通道(16)彼此相连，所说排出通道(17)偏离所说环形通道，并且所说排出通道(17)朝向这一环形通道的端部布置成高于所说环形通道(16)的底面。
4．根据权利要求3的往复活塞式发动机，其特征在于所说排出通道(17)在环形通道一侧的端部距环形通道(16)的底面的距离在活塞直径的 到 范围之间，优选为活塞直径的 。
5．根据权利要求3的往复活塞式发动机，其特征在于所说排出通道(17)在环形通道一侧的端部距环形通道(16)的底面的距离活塞(2)直径的 至 范围之内，优选为活塞直径的 。
6．根据前述权利要求之一的往复活塞式发动机，其特征在于至少每个排出通道(17)的上端区的轴线和各相配的冷却孔(12)的轴线处在一个平面内。
7．根据前述权利要求之一的往复活塞式发动机，其特征在于至少所说排出通道(17)的上端区的轴线在活塞环组(9)的上部区域的高度上与各相配的冷却孔(12)的相对侧壁区域相遇。
8．根据前述权利要求之一的往复活塞式发动机，其特征在于至少所说排出通道(17)的上端区设计成喷嘴孔。
9．根据前述权利要求之一的往复活塞式发动机，其特征在于所说排出通道(17)在其全长上径向向外上升倾斜。
10．根据前述权利要求之一的往复活塞式发动机，其特征在于所说排出通道(17)设计成伸过活塞杆(3)的法兰(4)的直孔。
11．根据前述权利要求之一的往复活塞式发动机，其特征在于所有排出通道(17)的内横截面的总和与所说供给管(15)或所说回流管路(18)的内横截面相对应。
全文摘要
一种往复活塞式发动机,至少具有一个布置在气缸(1)中、圆周方向设有环形活塞环的活塞(2),所说活塞最好连接在一个设有法兰(4)的活塞杆(3)上,并且具有一些与一个可以供给冷却剂且设在活塞杆(3)内的供给管(15)连通的、设置在环形活塞侧壁(8)区域中的、轴向平行的冷却孔(12),这些冷却孔通过径向的排出通道(17)与一个设在活塞杆(3)内的回流管路(18)连通,这样,通过给每一个轴向平行的冷却孔(12)配备至少一个通向回流管路(18)的排出通道(17),并且至少使排出通道(17)在冷却孔一侧的端区相对于活塞轴线径向向外上升倾斜,就可以实现冷却效果的改进。
文档编号F01P3/10GK1306157SQ0013609
公开日2001年8月1日 申请日期2000年12月22日 优先权日1999年12月23日
发明者阿尔内·K·彼得森 申请人:曼B与W狄赛尔公司