具有改进冷却结构的活塞以及采用该结构的发动机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种发动机活塞的冷却结构，活塞包括活塞顶以及位于活塞顶底面上的冷却机油通道，该冷却机油通道在活塞顶底面上从靠近冷却机油源头的第一部分延伸至距离冷却机油较远的第二部分。冷却机油通道可以包括主通道和从主通道呈角度延展开的从通道。冷却机油通道可以将机油迅速地引导至活塞顶底面各处，尤其是距离冷却机油源头较远的部分。
【专利说明】
具有改进冷却结构的活塞以及采用该结构的发动机
技术领域
[0001]本发明总体上涉及具有改进机油冷却结构的活塞，以及采用该结构的发动机总成。
【背景技术】
[0002]通常情况下，发动机具有气缸以及在气缸内往返移动的活塞。所述活塞用于将气缸内的压力通过连杆传递至曲柄轴，因此不仅容易受到由高压的燃烧压力引起的损伤，也容易受到由暴露在高温的燃烧气体而发生热变形等引起的疲劳损坏或如磨损及熔融的损伤。
[0003]这些现有的内燃机使用喷射冷却机油来为发动机特别是活塞提供冷却。美国专利公开文献US2013/0139767公布了一种带有机油环的冷却机油喷射结构，机油环位于活塞的侧壁之上用于改进机油的分配。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一方面，公开了一种发动机的活塞，其包括活塞顶以及与活塞顶的底面至少一部分附接的活塞裙部；和位于底面上的冷却机油通道，该冷却机油通道在底面上从第一部分延伸至第二部分，其中该底面的第一部分距离冷却机油源头较第二部分更近。
[0005]根据本发明的另一实施例，冷却机油通道可以包括主通道和从主通道呈角度延展开的从通道，该角度可以大于零度且小于90度。
[0006]根据本发明的又一实施例，冷却机油通道可以是在活塞顶的底面上形成的凹槽，也可以是由活塞顶的底面上延展出来的突起形成。
[0007]根据本发明的又一实施例，活塞顶可以包括一对活塞销孔供活塞销贯穿插入，活塞销孔可以位于底面的第一部分和第二部分之间。
[0008]根据本发明的又一实施例，形成机油冷却通道的材料可以与活塞顶的底面的材料不同。
[0009]根据本发明的又一实施例，机油冷却通道的主通道和从通道均联通到活塞顶底面的第二部分，即远离机油源头的一端。
[0010]根据本发明的又一实施例，活塞顶底面的第二部分较第一部分具有更多的从通道，即活塞顶底部远离机油源头的那端具有更多的通道分叉。
[0011 ] 根据本发明的又一实施例，从通道可以从活塞顶的底面向活塞顶的顶面延伸。
[0012]根据本发明的另一方面，公开了一种发动机总成，采用了如本文所述的活塞。
[0013]结合附图阅读下面详细描述的一个或多个【具体实施方式】，本发明的优点和改进之处将变得显而易见。
【附图说明】
[0014]为了更完整地理解本发明的一个或多个实施例，应当参考附图中以及下文中通过例子详细描述的一个或多个实施例。
[0015]附图1根据一个或多个实施例示意性展示了内燃发动机中一个相对于汽缸设置的活塞的示意图。
[0016]附图2示意性地展示了附图1中的活塞的仰视图。
[0017]附图3A示意性地展示了附图2中的活塞的替代实施例的仰视图。
[0018]附图3B示意性地展示了附图2中的活塞的另一个实施例的仰视图。
[0019]附图3C示意性地展示了附图2中的活塞的另一个实施例的仰视图。
[0020]附图3D示意性地展示了附图2中的活塞的另一个实施例的截面图。
[0021]附图4A示意性地展示了附图2以及附图3A至3C中的活塞的一个实施例的局部图
[0022]附图4B示意性地展示了附图2以及附图3A至3C中的活塞的另一个实施例的局部图。
【具体实施方式】
[0023]在参考附图时，相同的标号用于指向相同的部件。在下列陈述中，不同的操作参数和部件将用于描述所构建的不同的实施例。这些具体的参数和部件在这里仅用作例子而并非意味着限定。本文附图是示意性的，相关示图并非依比例绘制。
[0024]本文描述的一个或多个实施例是为了具体展示具有改进的冷却结构的活塞以及使用该结构的发动机总成。采用该改进的冷却结构，活塞以及发动机可以更好地抵抗热疲劳从而延长使用寿命。
[0025]如同本文详细描述的，活塞和采用该活塞的发动机总成具有改进的结构从而冷却机油可以更快地到达较远的位置并覆盖活塞底面更多的区域。通过采用延展到或接触到活塞底面承受热应力的不同区域的分支通道这样的结构，可以进一步扩大本发明的优点。相应地，本文提供的活塞和发动机将具有更为均匀的冷却机油分配结构和冷却效果。由此，本文提供的活塞和发动机将需要更少的维修从而需要的费用支出也更少。
[0026]参考附图1和附图2，其展示了可用于内燃发动机(未显示)的一个活塞100实施例的示意图，其包括与活塞顶102的底面228的至少一部分附接的活塞裙部108，以及位于底面228之上从底面的第一部分142延展到第二部分144的冷却机油通道200，该第一部分142距离冷却机油源头190较第二部分144更近。该第一部分142和第二部分144可以分别指代底面228上位于活塞销孔120之外的区域。或者，第一部分142和第二部分144可以表示分别从两边夹住底面228的中心部位146的两部分，其中中心部分146位于一对活塞销孔120之间。
[0027]参考附图1，汽缸130具有汽缸壁104和位于其中的活塞100，其与汽缸壁104紧密结合。气缸130可进一步包括进气阀门180和排气阀门170以与活塞100保持流体连通。活塞裙部108通过一对位于活塞裙部108上的销孔120支撑活塞销110，其中曲轴160通过曲轴连杆150连接至活塞销110，从而在汽缸工作时通过活塞连杆150推动曲轴160，将活塞100的往复运动转变为曲轴的旋转运动。曲轴可以通过传动系统(未显示)连接到车辆的至少一个驱动轮用于传递动力。
[0028]还设有冷却机油源例如冷却机油喷射器190，用于在发动机工作时提供冷却机油。由于活塞连杆150和相关的曲轴160的存在，冷却机油喷射器190的在气缸中的位置受到限制，通常会局限在Q方向指向的底面228的142部分而不是144部分。
[0029]这里描述的冷却机油通道200设置用于更好地提升机油在活塞100的底面228上的传输和分配、特别是提升机油在从底面228的第一部分142向第二部分144的传输而不希望受任何具体理论限定。相应地，通过采用冷却机油通道200，相信可以为活塞100和气缸130降低一定的热应力或运行损伤。
[0030]冷却机油喷射器190可以采用任何适用的形式、材料或结构。具体的例子中，机油冷却喷射器可以是冷却机油喷嘴190。
[0031]参考附图2，其示意性地展示了从底面228的142部分延展到144部分的冷却机油通道200，相应地表示为沿着纵向”L”方向延展。通道200可以为沿着纵向方向“L”的任意长度，且在一些具体实施例中，其长度可以为沿着方向“L”跨越活塞销孔120整个宽度，并且可以进一步接触到底面228的第二部分144。
[0032]继续参考图2，底面228可以为狭长的扁平形状，形成有第一部分142、第二部分144和夹在其间的中间部分146。如果没有冷却机油通道200的帮助，底面228所具有的光滑的狭长扁平形状可能并不能够有效地引导冷却机油流动，从而整体冷却效果并不理想。更为具体地，冷却机油通道200被认为不仅能够使机油更为有效地流动，而且能够引导其流动并减少其在底面228上的随机流动和滴落，从而避免了机油冷却效果的降低。
[0033]冷却机油通道200可以至少部分设置成位于底面228上的凹槽，其可以通过例如切、冲压或合适的机械加工等方式形成。或者，冷却机油通道200可以至少部分设置为具有从底面228上延展出来的壁构成的一个或多个渠道，其中底面228构成该一个或多个渠道的底，或者由不同于底面228的另一底构成该一个或多个渠道的底。在冷却机油通道200具有从底面228突出的壁的配置中，冷却机油通道200可以部分或整体预成型并随后连接到底面228之上。该连接可以通过包括焊接、模塑、冲压和黏连等任何合适的方式进行。冷却机油通道可以用与底面228不同的材料构成并且可以以任何适合的方式预成型。例如，冷却机油通道200可以包括或由金属、合金和/或任何高强度高熔点材料。
[0034]冷却机油通道可以具有任何适合的宽度。在一些具体实施例中，冷却机油通道200的宽度可以在0.1厘米-10厘米、0.25厘米-7.5厘米或0.5厘米-5厘米的范围之内。
[0035]冷却机油通道可以具有任何适合的深度。在一些具体实施例中，冷却机油通道200的深度可以在0.1毫米-10毫米、0.25毫米-7.5毫米或0.5毫米-5毫米的范围之内。
[0036]应当理解的是机油冷却通道200并不必然为沿着纵向方向“L”呈直线状，其也可以是任何其他合适的形状。
[0037]机油通道200可以延伸至与活塞裙边相接触，甚至可以继续延伸到活塞裙边内壁108上。如附图3A所示，在一个或多个实施例中，冷却机油通道200包括主通道310和呈角度α从主通道延展出来的从通道312。如图3Α所示的冷却机油通道200能够有益地沿着与纵向方向“L”交叉的横向方向“Τ”对底面228的各区域进行冷却。
[0038]夹角α是为了有利于冷却机油的流动而设置的，其可以为任何合适的值。在一些实施例中，主通道310与从通道312形成的夹角α范围在O度到90度之间，或在15度到75度之间，或在30度到50度之间。
[0039]参考附图3A，可以在主通道310的一侧或两侧设置多个从通道312用于加快引导冷却机油的流动。当设置有多个从通道312时，每个从通道312与主通道310的夹角均可以设成互不相同。主通道310和从通道312中的一个或多个的具体尺寸，包括长度、宽度和深度以及总体轮廓与形状不必限于附图中描述的形状，而是可以为有助于引导冷却机油从机油源头190流动和分配的任何适合的形状。
[0040]附图3B展示了根据本发明的活塞的另一个实施例，其主通道310和从通道312共同构成V型结构。主通道310和从通道312可以在底面228的第一部分142处附近的位置互相连接。如图3B所示的冷却机油通道200可以有益地对底面228的区域进行冷却，特别是对其第二部分144处。主通道310和从通道312中一个或二者的具体尺寸，包括长度、宽度和深度以及总体轮廓与形状均可以设置成有助于引导冷却机油迅速流动至第二部分144，此处在发动机运转时尤其需要冷却。如图3B所示的主通道310和从通道312中的一个或两者均可设置为类似于毛细血管的构造从而实现毛细管效应，能够迅速而直接地引导冷却机油流动。
[0041]如附图3C所示，在一个或多个实施例中，冷却机油通道200具有一个主通道310和多个从主通道310延展开的从通道312，其中从通道312设置为一个接一个并列排开，在任何两个从通道312之间有间隔隔开。相应地，活塞顶底面218的144 一侧具有较142 —侧更多的间隔开的冷却机油通道的分叉。
[0042]附图3D展示了根据附图2中所示活塞实施例的截面图，在该实施例中，机油冷却通道200不仅具有沿活塞顶底面228延伸开的从通道312，还可以具有一个或多个从活塞顶底面218向活塞顶表面106方向延伸的从通道316，其可以将冷却机油引导至活塞顶内部用于更好地冷却活塞顶。由于活塞顶表面106直接面对燃烧室，其温度是活塞顶中较高的，通过向上延伸的从通道将冷却机油引导至更加接近活塞顶表面106的位置处，可以更好地带走活塞顶表面106传来的热量。
[0043]如同本文中其他内容所述以及如附图4A所示，冷却机油通道200可以由活塞顶102的底面228上的凹槽或凹孔构成。当设置成凹槽或凹孔时，冷却机油通道200包括与底面228以距离”R”隔开的底432，从而底432较底面228更接近于活塞顶的顶面106。该凹槽或凹孔可以通过任何合适的方式形成而不受到例子的限制，例如通过机加工、冲压或切削在底面228上去除材料。虽然如图4A所示的凹槽或凹孔总体上的形状类似于附图3A所示，根据本发明的其他实施例例如附图2，3B和3C的该冷却机油通道200还可以全部或部分由如附图4A所示的凹槽或凹孔构成。该种设置具有额外的优点，即对活塞顶102沿着朝向顶面106的方向(其与活塞顶102的底面228相反)处的部位提供冷却。
[0044]如同本文中其他内容所述以及如附图4B所示，冷却机油通道200可以由活塞顶102的底面228上的突起构成。当由凸起构成时，冷却机油通道200包括与底面以距离“P”隔开的底434，从而底434较底面228更远离活塞顶的顶面106，或者说底面228较底434更为接近顶面106。突起可以为一个或多个预成型的渠道并通过各种合适的方式(非限定性的例子包括黏胶、模塑和铆钉)连接至底面228。虽然如附图4B所示的凸起采用了如附图3A所示的总体形状，在本发明的其他实施例中包括在附图2、3B以及3C中描述的例子，冷却机油通道200还可以部分或全部由如附图4B中所示的凸起构成。该种突起的配置的另一优点是突起容易替换并可包含热交换所需要而无须出现在活塞顶102或其底面228中的材料。
[0045]在一个或多个实施例中，通过本文披露的发明创造克服了现有活塞或发动机产品存在的活塞冷却不均匀问题。然而本领域的技术人员能够容易地认识到通过此类描述、相关附图以及权利要求能够作出各种修改与变更而不背离本发明的主旨和保护范围。
【主权项】
1.一种发动机的活塞，包括: 与活塞顶的底面至少一部分附接的活塞裙部；和 位于底面上的冷却机油通道，所述冷却机油通道从所述底面的第一部分延伸至所述底面的第二部分，所述第一部分距离冷却机油源头较所述第二部分更近。2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于所述冷却机油通道包括主通道和从所述主通道呈角度延展开的从通道。3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于所述冷却机油通道在所述底面上形成凹槽。4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于所述冷却机油通道在所述活塞顶的底面上延展出来形成突起。5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于进一步包括一对活塞销孔供活塞销贯穿插入，所述一对活塞销孔的至少一个位于所述底面的第一部分和第二部分之间。6.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于所述机油冷却通道的材料与所述活塞顶的底面的材料不同。7.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于所述主通道和所述从通道均联通所述底面的第二部分。8.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于所述底面的第二部分上较所述底面的第一部分设有更多的从通道。9.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于所述从通道从所述活塞顶的底面向所述活塞顶的顶面延伸。10.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于所述角度大于零度小于90度。11.一种发动机总成，包括: 活塞，包括具有与活塞顶的底面的至少一部分附接的活塞裙部，以及位于所述底面上的冷却机油通道，所述冷却机油通道从所述底面的第一部分延伸至所述底面的第二部分；以及 冷却机油喷嘴，所述冷却机油通道设置为将自所述冷却机油喷嘴的机油从所述底面的第一部分导向所述底面的第二部分。12.根据权利要求11所述的发动机总成，其特征在于所述机油冷却通道包括主通道和从主通道呈角度延展开的从通道。13.根据权利要求12所述的发动机总成，其特征在于所述角度大于零度小于90度。14.根据权利要求12所述的发动机总成，其特征在于所述主通道和所述从通道均联通所述底面的第二部分。15.根据权利要求12所述的发动机总成，其特征在于所述底面的第二部分较所述底面的第一部分具有更多的从通道。16.一种制造内燃发动机活塞的方法，所述活塞包括具有与活塞顶的底面的至少一部分附接的活塞裙部，所述方法包括: 在所述底面上形成冷却机油通道，所述冷却机油通道从所述底面的第一部分延伸至所述底面的第二部分，所述第一部分距离冷却机油源头较所述第二部分更近。17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述冷却机油通道通过在所述活塞顶的底面上形成凹槽来实现。18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述冷却机油通道通过在所述活塞顶的底面上形成突起来实现。19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述所述冷却机油通道通过设置主通道和与主通道呈角度延展开的从通道来实现。20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述冷却机油通道通过使所述底面的第二部分与所述主通道和从通道均联通来实现。
【文档编号】F02F3/22GK106032778SQ201510114620
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月16日
【发明人】弗兰克·阿切尔诺·瓦伦西亚
【申请人】福特环球技术公司