活塞、气缸体组件和冷却方法与流程

活塞、气缸体组件和冷却方法
1.政府支持条款
2.本发明是在美国陆军授予的其他交易机构(ot)协议号w56hzv-16-9-0001的政府支持下完成的。政府具有本发明中的某些权利。
技术领域
3.本公开总体上涉及内燃机活塞设计，并且更具体地涉及这种活塞的冷却通道的设计。


背景技术：

4.在设计内燃机时，部件的效率、耐久性和可制造性均是重要的考虑因素。在这些部件的效率、耐久性和可制造性方面存在某些固有的限制，特别是对于活塞而言。活塞设计可能是困难的，因为活塞内的以及与活塞分离的各种部件经历重复的运动和极端条件(例如，高温和高压，温度、压力和方向的快速变化，与其他部件的硬接触等)。此外，某些设计可能存在固有的可制造性困难，例如在受限或难以进入的空间中的精确尺寸。
5.热损失是内燃机中最大的能量损失之一。内燃机中使用的大部分燃料能量作为从燃烧室传递到其冷却流体(例如油)的热量而损失。涉及燃烧室的复杂过程影响传递到气缸壁的热损失，这些过程包括气体运动、湍流水平和喷雾-壁相互作用。因此，通过活塞的该热损失的减少导致发动机效率的提高。
6.已知，通过活塞的热传递的减少可导致排气温度的增加，这对于发动机、后处理系统和废热回收系统是有益的。具有这种特征的发动机的特征在于具有低的排消耗，这使得在一组特定的设计约束内的热消耗最小化。在低热消耗的情况下，可以实现进一步的效率，例如，通过降低冷却系统容量并具有更宽的燃料容差，从而使发动机更不易损坏，降低比体积和降低重量，所有这些都提高了更宽推进系统的效率。
7.一种减少通过活塞的热传递并促进活塞冷却的方法是通过分析活塞的部件的形状。这些部件包括冷却通道，该冷却通道是形成在活塞中的空隙(例如，空容积)，以促进通过冷却流体(例如，机油)在冷却通道内的运动进行冷却。这些冷却通道通常形成在活塞顶部的下方，并且通过吸收由直接喷射式(例如柴油)内燃机的相应燃烧室中的燃烧引起的热来冷却活塞。在操作过程中，在活塞顶部的中心处产生高温，并且如果活塞环的温度太高，则它们可能变得易于发生有害的变形。因此，典型的冷却通道旨在经由以下两个分开的部分来冷却活塞的至少这些部分：中心冷却通道和围绕该中心冷却通道的外部冷却通道。冷却通道的典型应用包括在冷却通道中运动的冷却流体(例如油)。冷却流体在冷却通道内的有效运动导致活塞的更好冷却。


技术实现要素：

8.本公开总体上涉及内燃机活塞设计，并且更具体地涉及这种活塞的冷却通道的设计。根据本公开的示例，活塞包括裙部、顶部和冷却通道。裙部具有上主体部。顶部形成于上
主体部处。形成在顶部下方的壁限定了冷却通道。冷却通道构造成：接收和保持一些冷却流体；并且当活塞在上止点雨帘云栋下止点之间行进时，使得这些冷却流体在冷却通道内在冷却通道周边部分与冷却通道中心部分之间运动，以便冷却活塞外部区域和活塞中心区域。
9.在示例中，冷却通道可以是单个连续容积。在示例中，壁可包括倾斜的底板部分、倾斜的顶板部分、冷却通道中心部分和冷却通道周边部分。冷却通道中心部分和冷却通道周边部分都可以在倾斜的底板部分和倾斜的顶板部分之间延伸。
10.在示例中，当活塞处于上止点时，壁可以引导这些冷却流体朝向冷却通道周边部分运动，并且当活塞处于下止点时，壁可以引导这些冷却流体朝向冷却通道中心部分运动。在示例中，当壁引导这些冷却流体朝向冷却通道中心部分和冷却通道周边部分中的至少一个运动时，壁可引导这些冷却流体涡旋。在示例中，壁可以包括从冷却通道的壁向内突出的至少一个脊，并且壁可以由此引导这些流体涡旋。
11.本公开包括一种气缸体组件，该气缸体组件包括至少一个气缸和活塞。活塞构造成在至少一个气缸内往复运动。活塞包括：裙部，该裙部具有上主体部；顶部，该顶部形成在上主体部处；以及壁，该壁形成在顶部下方并限定冷却通道。冷却通道可以构造成：接收并保持一些冷却流体；并且当活塞在上止点与下止点之间行进时，使得这些冷却流体在冷却通道内在冷却通道周边部分与冷却通道中心部分之间运动，以便冷却活塞外部区域和活塞中心区域。
12.本发明包括一种冷却活塞的方法。该方法可包括在冷却通道内接收并保持一些冷却流体。该方法可包括：当活塞朝向上止点运动时，使得这些冷却流体在冷却通道内朝向以下中的一个运动：冷却通道中心部分，以便冷却活塞中心区域；和冷却通道周边部分，以便冷却活塞外部区域。该方法可以包括：当活塞朝向下止点行进时，使得这些冷却流体在冷却通道内朝向以下中的另一个运动：冷却通道中心部分，以便冷却活塞中心区域；和冷却通道周边部分，以便冷却活塞外部区域。
附图说明
13.通过结合附图参考以下对本公开的实施例的描述，本公开的上述和其他特征以及获得它们的方式将变得更加显而易见，并且本公开本身将被更好地理解，在附图中：
14.图1是发动机的示意图；
15.图2a是根据本公开的示例的活塞的立体图；
16.图2b是沿图2a的剖面a-a截取的剖视图；
17.图3a是图2a所示的冷却通道的局部剖视图；
18.图3b是沿图3a的剖面b-b截取的剖视图；
19.图4a是示出了在第一操作阶段保持一些冷却流体的活塞的剖视图的图；
20.图4b是示出了在第二操作阶段保持一些冷却流体的活塞的剖视图的图；
21.图4c是示出了在第三操作阶段保持一些冷却流体的活塞的剖视图的图；
22.图4d是示出了在第四操作阶段保持一些冷却流体的活塞的剖视图的图；
23.图5是已知活塞冷却通道和根据本公开的原理的冷却通道的传热系数等值线图；以及
24.图6是根据本公开的冷却活塞的方法的流程图。
25.虽然附图表示根据本公开的各种特征和部件的实施例，但是附图不一定是按比例的，并且某些特征可以被放大以便更好地示出和解释本公开。在本文中阐述的范例示出了本公开的实施例，并且这些范例不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
26.为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考在附图中示出的实施例，在下面描述这些实施例。然而，应当理解，并不因此意图限制本公开的范围。本公开包括所示出的装置和所描述的方法中的任何变更和进一步修改以及本公开的原理的进一步应用，本公开所涉及的领域的技术人员通常会想到这些变更、修改和应用。此外，选择实施例进行描述以使本领域普通技术人员能够实施本公开。
27.图1示出了发动机1，例如内燃机。如图所示，发动机1包括至少一个具有活塞100的气缸5，活塞100紧密地设置并布置成在该气缸中往复运动。发动机1包括气缸体组件7，在该气缸体组件中形成有至少一个气缸5。气缸体组件7包括可运动地容纳在至少一个气缸5内的至少一个活塞100。如下所述，在各种实例中，本公开提供活塞特征和设计以及用于发动机(例如发动机1)的部件，以及基于活塞特征和设计的操作技术。在示例中，气缸体组件7包括至少一个气缸5和用于每个气缸5的单个活塞100。在其他示例中，气缸体组件7包括至少一个气缸5和用于每个气缸5的多个活塞100。这些仅仅是发动机1中的气缸5和活塞100的许多示例布置中的一些示例。在这些示例中的任一个中，活塞100包括冷却通道110，冷却通道110由活塞100的一个或更多个壁部分(例如，内壁的多个部分)限定，并且设计成使得当活塞在上止点(“tdc”)和下止点(“bdc”)之间(包括在tdc和bdc处或附近)行进时，保持在该冷却通道中的冷却流体在壁引导该冷却流体沿着壁流动时被允许晃动或以其他方式运动。
28.如下面进一步详细描述的，活塞100可构造成在发动机运行期间在至少一个气缸5内往复运动。作为关于发动机1及其部件的概述，活塞100相对于气缸5的运动可对应于发动机1的曲轴9的运动。曲轴9可运动地容纳在气缸体组件7内并且操作性地连接到活塞100，使得曲轴9的旋转引起活塞100在气缸5内的平移。在这点上，气缸体组件7可以包括曲轴9，该曲轴操作性地连接到活塞100，以便于活塞100从上止点向下止点和从下止点向上止点的运动。此外，或者替代地，气缸体组件7可以包括燃料喷射器10，燃料喷射器10构造成从燃料源11接收燃料并将燃料喷射到至少一个气缸5中，以用于在至少一个气缸5内燃烧。
29.在操作中，发动机1可执行一个或多个燃烧循环，所述燃烧循环使活塞100在气缸5内往复运动。例如，在发动机操作期间，燃料喷射器10向活塞100(例如，在活塞凹腔处)提供(直接或间接)受控的燃料喷射，这在压燃式发动机中导致当活塞100处于或接近tdc时包含在燃烧室内的燃烧。然后，在tdc处或附近的燃烧迫使活塞100向bdc运动。在连续操作中，活塞100以这种方式在tdc和bdc之间根据用户需求以变化的速率循环地往复运动。这种循环燃烧加热活塞100和/或运动在活塞100内产生热量，然后这二者中的任一者或全部通过保持在冷却通道110内的冷却流体而被冷却。通过设计冷却通道110，例如，考虑到如本文所述的活塞100在气缸5内的往复运动来优化冷却通道110的形状，可提高活塞100的冷却效率。
30.为此，图2a、图2b、图3a和图3b示出了根据本公开的原理的活塞100的部件的各种视图。这种活塞100包括冷却通道110，冷却通道110在整个发动机运行中(包括当发动机处
于或接近tdc和/或bdc时)优化活塞100的冷却。具体地，图2a示出了根据本公开的示例的活塞100的立体图。图2b示出了沿图2a的剖面a-a截取的剖视图。图3a示出了图2a所示的冷却通道110的局部剖视图。图3b示出了沿图3a的剖面b-b截取的剖视图。这种活塞100可用于上述发动机中。这些活塞的更多细节将在下面详细讨论。
31.如这些图之间所示，活塞100包括：裙部16，该裙部具有上主体部32；顶部14，该顶部形成在上主体部32处；以及冷却通道110，冷却通道110经由顶部14下方的一个或更多个空隙形成并与至少一个气缸5流体连通。实际上，冷却通道110由活塞的壁部分(例如，壁114的一些或全部部分)限定，使得冷却通道是在活塞100内形成的内部容积或空隙。由此，冷却通道110构造成接收并保持一些冷却流体。如下面进一步详细描述的，限定冷却通道110的壁114可构造成当活塞100在tdc和bdc之间行进时引导、使得或以其他方式促进冷却流体在冷却通道110内在冷却通道周边部分111与冷却通道中心部分112之间运动，以便冷却活塞外部区域101和活塞中心区域102二者。
32.在示例中，冷却通道110可以是由活塞的壁114限定的单个连续容积。例如，在示例中，壁114在活塞100内在周向上连续延伸，使得冷却通道110是单个连续容积。在操作期间，当活塞100在tdc和bdc之间行进并到达tdc和bdc时，活塞100的壁114引导冷却流体在冷却通道110内在冷却通道周边部分111与冷却通道中心部分112之间运动。以这种方式，冷却通道110有助于冷却活塞外部区域101和活塞中心区域102。除了在冷却通道110内的周向运动之外，具有单个连续容积的冷却通道110促进了这些冷却流体在整个冷却通道110中的运动。这种现象的发生至少是因为冷却通道周边部分111和冷却通道中心部分112在整个操作中彼此流体连通。替代地，类似的结果可以通过具有多个连续体积(例如围绕活塞100周向地和/或径向地间隔开的离散容积)的冷却通道110来实现。
33.活塞的壁114可包括限定冷却通道110的多个倾斜和弯曲部分。如图所示，冷却通道110包括具有底板部分115和顶板部分116的壁114。例如，在这点上，当冷却流体沿着壁114的顶板部分116在从活塞中心区域102到活塞外部区域101的方向上行进时，壁114可以引导这些冷却流体朝向冷却通道周边部分111运动。此外，当冷却流体沿着壁114的底板部分115在从活塞外部区域101到活塞中心区域102的方向上行进时，壁114可以引导这些冷却流体朝向冷却通道中心部分112运动。
34.具体地，如图所示的壁114具有倾斜的底板部分115、倾斜的顶板部分116、冷却通道中心部分112和冷却通道周边部分111。冷却通道中心部分112和冷却通道周边部分111都在倾斜的底板部分115和倾斜的顶板部分116之间延伸。为了促进使冷却流体涡旋，例如，冷却通道中心部分112和冷却通道周边部分111中的一个或两个是弯曲的。这样，如图所示，冷却通道中心部分112和冷却通道周边部分111可是朝向倾斜的底板部分115和倾斜的顶板部分116大致凹形的。在示例中，冷却通道周边部分111可以定位成靠近活塞外部区域101，并且冷却通道中心部分112可以定位成靠近活塞中心区域102。这样，冷却通道周边部分111可以靠近裙部16的外表面104处的至少一个活塞环槽106，而冷却通道中心部分112可以靠近凹腔26的中心。这样，冷却流体在冷却通道周边部分111处的运动冷却活塞外部区域101，而冷却流体在冷却通道中心部分112处的运动冷却活塞中心区域102。
35.一个或更多个倾斜角可以相对于活塞100的纵向轴线12限定冷却通道110的倾斜的顶板部分116和倾斜的底板部分115。如图所示，倾斜的顶板部分116和倾斜的底板部分
115都从冷却通道周边部分111向下倾斜到冷却通道中心部分112。此外，倾斜的顶板部分116的倾斜角不同于倾斜的底板部分115的倾斜角。当然，冷却通道周边部分111和冷却通道中心部分112中的任一个或两者的倾斜角比所示倾斜角更大或更小，在与所示方向不同的方向上，或者为相同的幅度而不是不同的幅度，这并不超出本公开范围。例如，某些冷却通道110可仅具有倾斜的底板部分115或倾斜的顶板部分116。同样，某些冷却通道110可仅具有一个弯曲的冷却通道中心部分112或冷却通道周边部分111。
36.在示例中，冷却通道的壁114中的障碍物(例如，凹陷或突起)可以引导这些冷却流体在冷却通道110内的某些部分处涡旋。例如，当冷却流体流向冷却通道中心部分112和冷却通道周边部分111中的至少一个时，壁114可以使这些冷却流体涡旋。如图所示，壁114包括从限定冷却通道110的壁114向内突出的至少一个脊120。在这点上，壁114由此可以通过在至少一个脊处改变这些冷却流体沿着壁114的运动来引导这些冷却流体涡旋。脊120的尺寸、形状和位置可以在示例之间变化。
37.继续参照图2a、图2b、图3a和图3b，壁包括具有大致弯曲轮廓的脊120。当障碍物引导这些冷却流体涡旋时，活塞100可以受益于靠近活塞100的高温或复杂部分发生的延长的冷却，所述高温或复杂部分例如为活塞中心区域102(靠近活塞凹腔的中心)和至少一个活塞环槽106。类似于冷却通道110，在一个示例中，脊120可以在周向上延伸穿过活塞100。在一些示例中，与脊120相对的是倾斜的底板部分115的平坦部分118。可以看出，平坦部分118相对于纵向轴线12的角度可以与倾斜的底板部分115的角度不同(例如，处于更正交的角度)。与脊120一致，平坦部分118可促进冷却通道110内的这些冷却流体涡旋。
38.壁可包括围绕冷却通道110间隔开的多个脊120。周向间隔、径向间隔或两者可在冷却通道110内限定多个脊120。在示例中，至少一个脊120的第一脊可以定位成靠近冷却通道中心部分112。例如，第二脊可以靠近冷却通道周边部分111。在示例中，第一脊定位在冷却通道110的倾斜的顶板部分116处，但在其他示例中可定位在冷却通道110的倾斜的底板部分115处。在示例中，第二脊可定位在与第一脊相同或不同的倾斜的底板部分115和倾斜的顶板部分116上。
39.图4a至图4d示出了根据本公开的示例的冷却通道110在操作中的各个阶段。图4a示出了图，该图具有在第一操作阶段保持一些冷却流体301的活塞100的上主体部32的剖视图。图4b示出了图，该图具有在第二操作阶段保持这些冷却流体301的活塞100的上主体部32的剖视图。图4c示出了图，该图具有在第三操作阶段保持这些冷却流体301的活塞100的上主体部32的剖视图。图4d示出了图，该图具有在第四操作阶段保持这些冷却流体301的活塞100的上主体部32的剖视图。在这些图中的每一个中，活塞100的位置和其在气缸内往复运动的速度方向显示在左侧，而冷却通道110内的这些冷却流体301的相应运动显示在右侧。此外，在除了图4d之外的这些图中的每一个中，这些冷却流体301内的箭头指示这些冷却流体301的运动。在图4d中，冷却流体301是大致静止的。
40.所示的四个操作阶段通常覆盖活塞100在相应气缸内运动的一个循环。在示例中，当活塞100接近tdc时，壁引导这些冷却流体301朝向冷却通道周边部分111运动，并且当活塞100接近bdc时，壁引导这些冷却流体301朝向冷却通道中心部分112运动。从图4a所示的第一阶段开始，示出活塞100在tdc处，其中，这些冷却流体301刚刚经过脊120并且沿着倾斜的顶板部分116从冷却通道中心部分112朝向冷却通道周边部分111运动。接下来，在图4b
中，示出活塞100向下、远离tdc并朝向bdc运动，其中，这些冷却流体301沿着倾斜的底板部分115从冷却通道周边部分111朝向冷却通道中心部分112运动。接下来，在图4c中，示出活塞100在bdc处，其中，这些冷却流体301在靠近脊120的冷却通道中心部分112处涡旋。最后，在图4d中，示出活塞100向上、离开bdc并朝向tdc运动，其中，这些冷却流体301是大致静止的。当然，可以有这样的设计，其中冷却流体301的量在该阶段不是固定的，并且这样的设计不应当被认为在本公开的范围之外。这里讨论的级的示例仅仅是许多示例中的一些。同样，活塞100在气缸内的循环运动可使这些阶段随每个循环重复。
41.图5示出了各种活塞冷却通道的传热系数的等值线图。如这里所示，已知活塞的设计通常包括两个分开的冷却通道，但不包括本公开的特征。内部冷却通道36通常居中地设置在已知活塞内，并且外部冷却通道34通常围绕内部冷却通道36周向地延伸穿过已知活塞。对于外部通道34和内部通道36之间的流体连通可能存在一些最小的允许(如由外部冷却通道34和内部冷却通道36之间的两个通路所示)，但是这些通道通常彼此独立地操作。例如，外部冷却通道34和内部冷却通道36不流体连通，使得容纳在其中的这些冷却流体的至少大部分通过这些通道之间以冷却已知活塞的外部和中心部分，尤其是在tdc和bdc之间的一个循环期间。相反，外部通道34和内部通道36被单独地供应有冷却流体，并且与下面进一步描述的设计相反，外部通道34和内部通道36不被设计成使冷却流体在所有行进点处(特别是在bdc处)在流体通道内运动。甚至更少，这些通道并不设计成当已知活塞处于bdc时促进额外的冷却流体运动。典型活塞设计的不幸结果是已知活塞的冷却不充分或不是最佳的，冷却不充分或不是最佳都会导致机械故障或随着时间限制发动机性能。
42.更详细地，关于等值线图，细节a示出了用于与细节b进行比较的已知活塞的外部通道34和内部通道36的传热系数等值线图。具体地，细节b示出了类似于在此讨论的活塞冷却通道的传热系数等值线图，在此讨论的活塞冷却通道包括关于图2a、图2b、图3a、图3b和图4a至图4d讨论的冷却通道110。在图5的左侧是指示低热传递系数(例如，约10，000w/m2k)到高热传递系数(例如，约30，000w/m2k)的标度。较高的传热系数转化为相应区域中改进的冷却。在比较细节a和b时，可以看出，根据本公开的原理的冷却通道110的特征示出了在整个冷却通道110中的改善的冷却，并且特别地，靠近冷却通道中心部分112。此外，尽管包括分离的外部冷却通道和内部冷却通道的已知活塞通道在内部冷却通道36和外部冷却通道34之间保持间隙而不冷却，但是根据本公开的原理的冷却通道110不是。因此，与已知活塞冷却通道相比，通过采用本公开的原理可以获得显著的冷却优点。
43.根据本公开的原理，如图6所示，公开了一种冷却活塞的方法600。方法600可以包括：在步骤601，在冷却通道内接收一些冷却流体；以及在步骤603，将这些冷却流体保持在冷却通道内。在步骤605，方法600可包括：当活塞朝向tdc行进时，引导这些冷却流体在冷却通道内朝向以下中的一个运动：冷却通道中心部分，以便冷却活塞中心区域；和冷却通道周边部分，以便冷却活塞外部区域。在步骤607，方法600可以包括：当活塞朝向bdc行进时，引导这些冷却流体在冷却通道内朝向以下中的另一个运动：冷却通道中心部分，以便冷却活塞中心区域；和冷却通道周边部分，以便冷却活塞外部区域。
44.在示例中，方法600可以包括：在步骤609，当这些冷却流体运动到冷却通道中心部分或冷却通道周边部分中时，使这些冷却流体涡旋。在示例中，使这些冷却流体涡旋可以包括使这些冷却流体朝向从冷却通道的壁径向向内延伸的至少一个脊运动。在示例中，使这
些冷却流体涡旋可能发生在这些冷却流体运动到冷却通道中心部分中时。在示例中，当活塞朝向bdc行进时，这些冷却流体可以朝向冷却通道中心部分运动，并且当活塞朝向tdc行进时，这些冷却流体可以朝向冷却通道周边部分运动。在这点上，在步骤605，当活塞朝向上止点行进时，引导这些冷却流体在冷却通道内朝向以下中的一个运动：冷却通道中心部分，以便冷却活塞中心区域；和冷却通道周边部分，以便冷却活塞外部区域可包括：当活塞朝向下止点行进时，使得这些冷却流体朝向冷却通道中心部分运动。此外，在步骤607，当活塞朝向下止点行进时，引导这些冷却流体在冷却通道内朝向以下中的另一个运动：冷却通道中心部分，以便冷却活塞中心区域；和冷却通道周边部分，以便冷却活塞外部区域可以包括：当活塞朝向上止点行进时，使得这些冷却流体朝向冷却通道周边部分运动。
45.这里包含的各图中所示的连接线旨在表示各元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。应当注意，在实际系统中可以存在许多替换的或附加的功能关系或物理连接。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更显著的任何要素不应被解释为关键的、必需的或本质的特征或要素。因此，范围仅受所附权利要求书的限制，在该权利要求书中，除非明确说明，否则以单数形式提及元件并不意味着“一个且仅一个”，而是“一个或更多个”。此外，在权利要求书中使用类似于“a、b或c中的至少一个”的短语的情况下，意图将该短语解释为意指a单独可存在于实施例中，b单独可存在于实施例中，c单独可存在于实施例中，或要素a、b或c的任何组合可存在于单个实施例中；例如，a和b，a和c，b和c，或a和b和c。
46.在本文的详细描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的提及表示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括该特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定指同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其他实施例(无论是否明确描述)来影响此特征、结构或特性在受益于本公开的本领域技术人员的知识范围内。在阅读说明书之后，相关领域的技术人员将明白如何在替代实施例中实施本公开。
47.此外，本公开中的任何元件、部件或方法步骤都不旨在专用于公众，而不管该元件、部件或方法步骤是否在权利要求书中明确陈述。不应在35u.s.c.
§
112(f)的规定下解释本文中的任何权利要求要素，除非使用短语“用于
……
的装置”明确陈述所述要素。如这里所使用的，术语“包括”或其任何其他变形旨在覆盖非排他性的包含，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或装置不仅包括这些元素，而且可以包括未明确列出的其他元素或这些过程、方法、物品或装置所固有的其他元素。
48.虽然已将实施例描述为具有示例性设计，但可在本公开的精神和范围内进一步修改本公开。因此，本技术旨在覆盖使用本公开的一般原理的本公开的任何变型、使用或调整。此外，本技术旨在涵盖本发明所属领域中已知或常规实践范围内的与本公开的偏离。

技术特征：
1.一种活塞(100)，该活塞具有活塞外部区域(101)和活塞中心区域(102)，所述活塞(100)包括：裙部(16)，该裙部具有上主体部(32)；顶部(14)，该顶部形成在所述上主体部(32)处；以及壁(114)，该壁形成在所述顶部(14)下方以便在所述活塞(100)内限定冷却通道(110)，所述冷却通道(110)具有冷却通道周边部分(111)和冷却通道中心部分(112)，所述冷却通道(110)构造成接收并保持一些冷却流体(301)，使得当所述活塞(100)在上止点与下止点之间行进时，所述壁(114)引导所述冷却流体(301)在所述冷却通道(110)内在所述冷却通道周边部分(111)与所述冷却通道中心部分(112)之间运动，以便冷却所述活塞外部区域(101)和所述活塞中心区域(102)两者。2.根据权利要求1所述的活塞(100)，其中，所述壁(114)在所述活塞(100)内在周向上连续延伸，使得所述冷却通道(110)为单个连续容积。3.根据权利要求1或2所述的活塞(100)，其中，当这些冷却流体(301)朝向所述冷却通道中心部分(112)和所述冷却通道周边部分(111)中的至少一个运动时，所述壁(114)引导这些冷却流体(301)涡旋。4.根据权利要求3所述的活塞(100)，其中，所述壁(114)包括从所述壁(114)向内突出的至少一个脊(120)，使得所述壁(114)构造成通过在所述至少一个脊(120)处改变这些冷却流体(301)沿着所述壁(114)的运动来引导这些冷却流体(301)涡旋。5.根据权利要求4所述的活塞(100)，其中，所述至少一个脊(120)中的第一脊(120)定位成靠近所述冷却通道中心部分(112)。6.根据权利要求5所述的活塞(100)，其中，所述壁(114)还包括顶板，并且其中，所述第一脊(120)定位在所述冷却通道(110)的所述顶板处。7.根据权利要求1至6中任一项所述的活塞(100)，其中，所述壁(114)包括倾斜的底板部分(115)、倾斜的顶板部分(116)、所述冷却通道中心部分(112)和所述冷却通道周边部分(111)，并且其中，所述冷却通道中心部分(112)和所述冷却通道周边部分(111)都在所述倾斜的底板部分(115)和所述倾斜的顶板部分(116)之间延伸。8.根据权利要求1至7中任一项所述的活塞(100)，其中，所述壁(114)进一步包括顶板部分(116)，并且其中，当所述冷却流体(301)沿着所述壁(114)的所述顶板部分(116)在从所述活塞中心区域(102)到所述活塞外部区域(101)的方向上行进时，所述壁(114)引导这些冷却流体(301)朝向所述冷却通道周边部分(111)运动，并且其中，当所述冷却流体(301)沿着所述壁(114)的底板部分(115)在从所述活塞外部区域(101)到所述活塞中心区域(102)的方向上行进时，所述壁(114)引导这些冷却流体(301)朝向所述冷却通道中心部分(112)运动。9.根据权利要求1至8中任一项所述的活塞(100)，其中，所述活塞(100)还包括至少一个活塞环槽(106)，并且所述裙部(16)还包括外表面(104)，并且其中，所述活塞环槽(106)形成在所述外表面(104)中，并且所述冷却通道周边部分(111)定位成靠近所述活塞环槽(106)。10.一种气缸体组件(7)，该气缸体组件包括：至少一个气缸(5)；以及
活塞(100)，该活塞构造成在所述至少一个气缸(5)内往复运动，所述活塞(100)具有活塞外部区域(101)和活塞中心区域(102)，所述活塞(100)包括：裙部(16)，该裙部具有上主体部(32)；顶部(14)，该顶部形成在所述上主体部(32)处；以及壁(114)，该壁形成在所述顶部(14)下方以便在所述活塞(100)内限定冷却通道(110)，所述冷却通道(110)具有冷却通道周边部分(111)和冷却通道中心部分(112)，所述冷却通道(110)构造成接收并保持一些冷却流体(301)，使得当所述活塞(100)在上止点与下止点之间行进时，所述壁(114)引导所述冷却流体(301)在所述冷却通道(110)内在所述冷却通道周边部分(111)与所述冷却通道中心部分(112)之间运动，以便冷却所述活塞外部区域(101)和所述活塞中心区域(102)两者。11.根据权利要求10所述的气缸体组件(7)，该气缸体组件还包括以下中的至少一个：曲轴(9)，该曲轴操作性地连接到所述活塞(100)，以便促进所述活塞(100)从上止点运动到下止点以及从下止点运动到上止点；以及燃料喷射器(10)，该燃料喷射器构造成从燃料源(11)接收燃料并将所述燃料喷射到所述至少一个气缸(5)中以在所述至少一个气缸(5)内燃烧。12.根据权利要求10或11所述的气缸体组件(7)，其中，当所述活塞(100)正接近上止点时，所述壁(114)引导这些冷却流体(301)朝向所述冷却通道周边部分(111)运动，并且当所述活塞(100)正接近下止点时，所述壁(114)引导这些冷却流体(301)朝向所述冷却通道中心部分(112)运动。13.根据权利要求10至12中任一项所述的气缸体组件(7)，其中，所述壁(114)包括倾斜的底板部分(115)、倾斜的顶板部分(116)、所述冷却通道中心部分(112)和所述冷却通道周边部分(111)，并且其中，所述冷却通道中心部分(112)和所述冷却通道周边部分(111)都在所述倾斜的底板部分(115)和所述倾斜的顶板部分(116)之间延伸。14.根据权利要求10至13中任一项所述的气缸体组件(7)，其中，所述壁(114)构造成当这些冷却流体(301)朝向所述冷却通道中心部分(112)和所述冷却通道周边部分(111)中的至少一个流动时使这些冷却流体(301)涡旋。15.根据权利要求10至14中任一项所述的气缸体组件(7)，其中，所述壁(114)包括至少一个脊(120)，所述至少一个脊从所述冷却通道(110)的所述壁(114)向内突出，由此使得这些冷却流体(301)涡旋，所述至少一个脊(120)包括第一脊(120)，所述第一脊定位成靠近所述冷却通道中心部分(112)和所述冷却通道(110)外部部分中的一个。16.一种冷却活塞(100)的方法(600)，所述方法(600)包括：在冷却通道(110)内接收并保持一些冷却流体(301)；当所述活塞(100)朝向上止点行进时，引导这些冷却流体(301)在所述冷却通道(110)内朝向以下中的一个运动：冷却通道中心部分(112)，以便冷却活塞中心区域(102)；和冷却通道周边部分(111)，以便冷却活塞外部区域(101)；并且当所述活塞(100)朝向下止点行进时，引导这些冷却流体(301)在所述冷却通道(110)内朝向以下中的另一个运动：所述冷却通道中心部分(112)，以便冷却所述活塞中心区域(102)；和所述冷却通道周边部分(111)，以便冷却所述活塞外部区域(101)。17.根据权利要求16所述的方法(600)，该方法还包括：当这些冷却流体(301)运动进入
所述冷却通道中心部分(112)或所述冷却通道周边部分(111)时，使这些冷却流体(301)涡旋。18.根据权利要求17所述的方法(600)，其中，使这些冷却流体(301)涡旋包括：使得这些冷却流体(301)朝向从所述冷却通道(110)的壁(114)径向向内延伸的至少一个脊(120)运动。19.根据权利要求17或18所述的方法(600)，其中，使这些冷却流体(301)涡旋出现在这些冷却流体(301)运动到所述冷却通道中心部分(112)中时。20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法(600)，其中，当所述活塞(100)朝向上止点行进时引导这些冷却流体(301)在所述冷却通道(110)内朝向以下中的一个运动：所述冷却通道中心部分(112)以便冷却所述活塞中心区域(102)；和所述冷却通道周边部分(111)以便冷却所述活塞外部区域(101)的步骤包括：当所述活塞(100)朝向下止点行进时，使这些冷却流体(301)朝向所述冷却通道中心部分(112)运动；并且其中，当所述活塞(100)朝向下止点行进时引导这些冷却流体(301)在所述冷却通道(110)内朝向以下中的另一个运动：所述冷却通道中心部分(112)以便冷却所述活塞中心区域(102)；和所述冷却通道周边部分(111)以便冷却所述活塞外部区域(101)的步骤包括：当所述活塞(100)朝向上止点行进时，使这些冷却流体(301)朝向所述冷却通道周边部分(111)运动。

技术总结
活塞可包括裙部、顶部和冷却通道。裙部可具有上主体部。顶部可形成在上主体部处。壁可形成在顶部下方以便在活塞内限定冷却通道。冷却通道包括冷却通道周边部分和冷却通道中心部分。冷却通道可以构造成：接收并保持一些冷却流体；并且当活塞在上止点与下止点之间行进时，使得这些冷却流体在冷却通道内在冷却通道周边部分与冷却通道中心部分之间运动，以便冷却活塞外部区域和活塞中心区域。却活塞外部区域和活塞中心区域。却活塞外部区域和活塞中心区域。


技术研发人员：R
受保护的技术使用者：康明斯公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2023/9/7