[发明专利]内燃机活塞及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机活塞，该活塞具有活塞头和活塞裙，其中活塞头具有环绕的活塞环带以及活塞环带范围内的、环绕的冷却通道，其中活塞裙具有设有轮毂孔的活塞销座，该活塞销座通过轮毂连接部设在活塞头的下侧上，其中活塞销座通过滑动面相互连接。

背景技术

在现代化的内燃机中，活塞在活塞顶的区域中总是受到较高的温度负荷。这在运行过程中导致活塞头和活塞裙之间的温度差异巨大。因此也使得冷发动机中的活塞装配间隙不同于热发动机中的装配间隙。

发明内容

本发明的目的在于，进一步发展这种活塞，即，将运行过程中在活塞头和活塞裙之间的温度分布调节均匀。

解决方案在于，设置至少一个向外闭合的孔，该孔安置在滑动面和轮毂孔之间，至少一个孔通入到冷却通道中，冷却通道和至少一个孔具有低熔点金属形式或低熔点金属合金形式的冷却剂。

根据本发明的活塞具有这样的特征，即，在活塞顶区域中生成的热量通过活塞头传导到活塞中并且通过相对大面积的滑动面得到释放。因此在运行过程中实现了整个活塞上的均匀热分散。此外实现了整个活塞的有效冷却。

如果额外用冷却油冷却活塞头的下侧，则避免了油积碳的形成。此外，总体上减少了冷却油消耗。

通过额外加热活塞销座和活塞裙之间的区域，引起活塞裙额外的热膨胀并由此减少活塞和汽缸之间的热间隙。特别有利的是，使用由轻金属材料、例如铝基材料构成的曲轴箱，该轻金属材料的热膨胀系数比活塞材料的热膨胀系数高。

从属权利要求中给出了有利的扩展方案。

适合用作冷却剂的低熔点金属特别是钠或钾。作为低熔点的金属合金特别是可以采用合金、低熔点的铋合金和钠-钾合金。

由镓、铟和锡构成的合金系统称为所谓的合金，该合金系统在室温下是液态的。该合金由65重量%至95重量%的镓、5重量%至26重量%的铟和0重量%至16重量%的锡构成。优选的合金例如是这些具有68重量%至69重量%的镓、21重量%至22重量%的铟和9.5重量%至10.5重量%的锡的合金（熔点为-19℃）、具有62重量%镓、22重量%铟和16重量%锡的合金（熔点为10.7℃）以及具有59.6重量%镓、26重量%铟和14.4重量%锡的合金（三元共晶体，熔点为11℃）。

低熔点的铋合金是普遍已知的。其中例如包括LBE（共晶的铋-铅合金，熔点为124℃）、玫瑰金属（50重量%铋、28重量%铅和22重量%锡，熔点为98℃）、奥利安金属（42重量%铋、42重量%铅和16重量%锡，熔点为108℃）、快速焊剂（52重量%铋、32重量%铅和16重量%锡，熔点为96℃）、d’Arcets金属（50重量%铋、25重量%铅和25重量%锡）、伍德合金（50重量%铋、25重量%铅、12.5重量%锡和12.5重量%镉，熔点为71℃）、Lipowitz金属（50重量%铋、27重量%铅、13重量%锡和10重量%镉，熔点为70℃）、哈珀斯金属（44重量%铋、25重量%铅、25重量%锡和6重量%镉，熔点为75℃）、Cerrolow117（44.7重量%铋、22.6重量%铅、19.1重量%铟、8.3重量%锡和5.3重量%镉，熔点为47℃）、Cerrolow174（57重量%铋、26重量%铟、17重量%锡，熔点为78.9℃）、Fields金属（32重量%铋、51重量%铟、17重量%锡，熔点为62℃）以及沃克合金（45重量%铋、28重量%铅、22重量%锡和5重量%锑）。

适合的钠-钾合金可以含有40重量%至90重量%的钾。特别适合的是共晶合金NaK，该合金含有78重量%的钾和22重量%的钠（熔点为-12.6℃）。

冷却剂额外可以含有锂和/或氮化锂。如果在填充过程中使用氮气作为保护气，那么氮气可以和锂反应形成氮化锂并且以这种方式从冷却通道中去除。

如果在填充过程中可能存在的干燥空气和冷却剂发生了反应，那么冷却剂还可能含有氧化钠和/或氧化钾。

优选设置四个孔，这些孔安置在滑动面和轮毂孔之间，从而实现活塞中特别均匀的温度分布。

至少一个孔以适宜的方式借助密封部件进行闭合，例如将该密封部件压入孔中或者和活塞焊接，从而避免冷却剂出来。

在冷却通道和至少一个孔中所容纳的冷却剂的量取决于冷却剂的导热性和希望的温度控制程度。冷却剂优选具有直至冷却通道一半高度的填充高度，从而获得振荡效果并因此实现活塞中特别有效的热分散。