内燃机活塞的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种内燃机活塞，该活塞具有活塞头和活塞裙，其中，活塞头具有活 塞顶、环形的活塞环带以及在活塞环带区域的环形的封闭冷却通道或者环形的密封的空 腔，其中活塞的内面具有两个下表面，这两个下表面在活塞中轴区域连续转变成为拱形表 面，其中，活塞裙具有带销孔的活塞销座，活塞销座通过滚动面而相互连接，该滚动面具有 面向活塞内部的内表面。
【背景技术】
[0002] 这种活塞为具有喷射冷却的活塞，即，通过从活塞裙侧的终端喷射出冷却剂而实 现活塞的冷却。已证实，尤其是对于具有小的压缩高度的活塞，主要在冲击位置将冷却剂射 束直接冲撞回去。这会导致，即使在这个位置上会引起明显的冷却效果，但是在其它位置上 却没有达到足够的冷却。因此，针对这种活塞要注意的是，在发动机工作中，活塞在更高的 负荷下会过热，并且不能承受持久的负荷。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于，对这种活塞进一步改良，从而达到更加均匀的喷射冷却效果。
[0004] 这样构成解决方案，即，从活塞裙的自由端起始，在活塞内部的受压侧和/或背压 侦牝滚动面的内表面连续转变成为冷却油而设的导向面，该导向面在其所在侧连续地转变 成为下表面。
[0005] 根据本发明的活塞的特征在于，并不会直接从冲击位置将所喷射的冷却剂冲撞回 去。冷却剂射束基本上以切线的形式撞击到导向面上，并且导向面这样将其引导，即，使其 经过下表面朝拱形表面的方向流动。因此，冷却剂以显著的减速的方式朝曲轴的方向回流。 作为结果，一方面，利用冷却剂而将活塞内面上明显更大的面积湿润和冷却，另一方面，使 冷却剂在活塞内面具有明显更长的停留时间。总的来说这引起了在活塞内面上的明显更强 并且更均匀的冷却效果。在发动机工作中，会明显更加有效地将从活塞顶的方向传导到活 塞内面的热量散走。
[0006] 在从属权利要求中会给出有利的扩展方案。
[0007] 在理想的情况下，导向面这样引导冷却剂，即，使其经过下表面朝拱形表面的方向 流动，并且此外还通过对面的下表面和导向面朝中轴的方向流动。因此优选地，既在受压侧 又在背压侧来设置根据本发明的具有导向面的设计方案。
[0008] 这样设置一种优选的扩展方案，即，内面区域与活塞中轴呈角δ处设置的切线与 活塞中轴构成角β，从而使每个下表面与活塞中轴构成角α并且使角β小于或等于角 α。由此构成的导向面以及下表面的几何结构允许了从导向面向着下表面的、对所喷射的 冷却剂特别有效的导向，以及特别适于流动的冷却剂的流动。特别优选的是，在导向面的区 域设置切线。
[0009] 本发明一种特别优选的实施方式是，设有至少一个布置在滚动面和销孔之间的、 对外封闭的孔，这个孔一直通到冷却剂腔为止，其中空腔以及至少一个孔包含有以低熔点 金属或低熔点合金形式的热传导介质。金属的热传导介质促使了特别有效的活塞头的冷却 以及特别有效的热量分布。
[0010] 对这种类型的活塞而言，通常容纳冷却油的"冷却通道"是完全封闭的，即，既没有 为冷却剂设置进入口也没有设置排出口。因此以下涉及到这类活塞而提及的，并不是冷却 通道，而是密封的空腔或简而言之为空腔。
[0011] 对于这类充填有金属热传导介质的活塞而言，热传导介质不能够从空腔中流出。 在发动机工作中通过热传导介质从活塞顶的方向所吸收的热量会直接释放到周围环境中， 尤其是在活塞环带区域内以及空腔的下方区域内。因此，根据本发明的活塞内面的设计方 案特别优选地适合于这类活塞。朝活塞内面的方向传导由热传导介质吸收的热量并且通过 所喷射的冷却剂特别有效地将其散走。
[0012] 对于这类活塞而言，在滚动面区域的空腔的最大高度优选地大于其在活塞销座区 域的最大高度。由此，可以在滚动面区域，使喷射的冷却剂特别有效地将由热传导介质传 导到活塞内面的热量散走。在滚动面区域，使活塞内面的壁具有这样小的厚度，即，不妨碍 活塞的稳定性的情况下，实现了有效的热传导。此外，冷却通道的对称变化的横截面还促成 了，在发动机工作中使根据本发明的活塞在汽缸里更好地平衡并且因此使其更好地运作。 与现有技术相比实现了更小的摩擦损耗。
[0013] 这样设置根据本发明的活塞的另一种有利的设计方案，即，在环带内部设置具有 槽高h3的最低环形槽，在最低环形槽的下侧壁和空腔最低位置之间设置间隔a，并且使间 隔a等于或大于槽高h3。槽高和间隔之间的差越大，空腔的最大高度就越大，并且空腔内容 纳的热传导介质对活塞内面的热传导就越有效。环形槽的下侧壁与空腔的最低位置之间的 间隔越大，在发动机工作中传导至最低环形槽区域的热量就越少，从而大幅度地降低了或 者完全地避免了在这个区域的积炭的风险。
[0014] 优选地，向着环带的空腔外壁朝活塞顶的方向至少部分地向活塞中轴倾斜。 由此在发动机工作中可以优化容纳在空腔里的热传导介质在活塞冲程中通过所谓的 "Shaker-Effect"（振动效应）所引起的运动。此外还避免了，过度加热的热传导介质接触 到外壁以及对环带的过度加热，从而避免了在环形槽区域积炭的风险。
[0015] 以合适的方式，将空腔倾斜的外壁与活塞中轴的轴平行线之间构成Γ至10°的 夹角。因此，还额外地避免了空腔的过度收窄，并且保持了有效的热传导作用。
[0016] 优选地，使热传导介质的充填量为空腔以及至少一个孔的总容积的5%至10%。 这具有这样有利的效果，即，金属的热传导介质将热量朝活塞裙的方向有效地传导至空腔 的下方区域，从而使更少的热量向环带的方向释放。
[0017] 对于这种活塞类型而言，特别有利的是，使向着环带的空腔的外壁朝活塞顶的方 向，至少部分地向着活塞中轴倾斜，从而避免了对于这种活塞类型而言要特别注意的过度 加热。
[0018] 适合于作为热传导介质而使用的低熔点的金属，特别是钠或钾。作为低熔点的合 金，可以特别使用到Gal ins tan?合金、低恪点的祕合金以及钠钾合金。
[0019] 作为所谓Galinstan?合金是指镓、铟和锡的合金系统，这些合金系统在室温下 是液态的。这种合金由65重量％至95重量％的镓、5重量％至26重量％的铟和O重量％ 至16重量％的锡组成。优选的合金为例如具有68重量％至69重量％镓、21重量％至22 重量％的铟和9. 5重量％至10. 5重量％的锡这样的合金（熔点-19°C )，具有62重量％的 镓、22重量％的铟和16重量％的锡这样的合金（熔点10. 7°C )，以及具有59. 6重量％的 镓、26重量％的铟和14. 4重量％的锡这样的合金（三元共晶合金，恪点11°C )。
[0020] 低熔点的铋合金是众所周知的。属于铋合金的例如有LBE(铋铅共晶合金，熔点 124°C )，Roses合金（50重量％的铋、28重量％的铅和22重量％的锡，熔点98°C )，Orion 合金（42重量％的铋、42重量％的铅和16重量％的锡，熔点108°C ) ;Schnelllot(52重 量％的铋、32重量％的铅和16重量％的锡，熔点96°C )，达塞氏（d' Arcets)合金（50重 量％的铋、25重量％的铅、25重量％的锡），伍德（Woodsches)合金（50重量％的铋、25重 量％的铅、12. 5重量％的锡和12. 5重量％的镉，熔点71°C )，Lipowitz金属（50重量％的 铋、27重量％的铅、13重量％的锡和10重量％的镉，熔点70°C )，Harpers合金（44重量％ 的铋、25重量％的铅、25重量％的锡和6重量％的镉，熔点75°C )，Cerrolowll7(44. 7重 量％的铋、22. 6重量％的铅、19. 1重量％的铟和8. 3重量％的锡、5. 3%的镉，熔点47°C); Cerrolow 174 (57重量％的铋、26重量％的铟、和17重量％的锡，熔点78. 9°C )，Fields金 属（32重量％的铋、51重量％的铟、和17重量％的锡，熔点62°C)以及沃克合金（45重量％ 的铋、28重量％的铅、22重量％的锡和5重量％的锑）。
[0021] 合适的钠钾合金可以含有40重量％至90重量％的钾。特别适合的是具有78重 量％的钾以及22重量％的钠