CN102667124B - 带有冷却腔的钢质活塞及其构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活塞及其构造方法。该活塞包括固定于底部的顶部。该顶部具有最上表面，并带有从该最上表面下垂的环形的内、外上连接表面。该底部具有一对销座，该对销座带有沿销孔轴彼此对齐的销孔；该底部还具有一对向上延伸的环形的内、外下连接表面和燃烧碗壁。内、外焊缝将该内、外上、下连接表面相互固定。上、下连接表面之间横向形成环形的冷却腔。连接顶部和底部的内焊缝位于燃烧碗壁内且配置为使活塞的压缩高度最小化。

Description

带有冷却腔的钢质活塞及其构造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年11月6日提交的第61/258,956号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明主要涉及内燃机，尤其涉及活塞及其构造方法。

背景技术

发动机制造商正面临着不断增长的提高发动机效率和性能的需求，包括但并不限制于改善耗热率、降低耗油量、改进燃油系统、增加缸膛内的压缩载荷、降低通过活塞的热量损失、降低摩擦损失、减少发动机重量以及使发动机更紧凑。为了实现这些目标，需要减小活塞的尺寸及其压缩高度。然而，在期望增加燃烧室内的压缩载荷的同时，还必须让活塞保持在可工作的限度内。于是，虽然期望增加燃烧室内的压缩载荷，但需要权衡这种情况，即，这些“增加”限制了压缩高度以及进一步的发动机整体尺寸可被减少的程度。而且，增加施加在活塞上的机械负载及热负载，需要使活塞由钢制成，这就使得发动机重量可被减少的程度降低。

根据本发明构造的活塞克服了现有活塞构造的上述缺陷和其它缺陷，此处通过阅读公开内容和参阅附图，这对本领域技术人员来说是显而易见的。

发明内容

根据本发明构造的活塞由钢构成，从而增强活塞的强度和耐用度，以耐受缸膛内增加的压缩载荷，例如那些在现代的高性能发动机中所见的活塞。进一步地，由于活塞的新颖结构，活塞的压缩高度（CH）和重量可以被最小化，从而使得于其中布置有该活塞的发动机更加紧凑且重量更轻。

根据本发明的一个方面，构造了一种活塞，该活塞包括顶部，该顶部具有最上表面，并带有从该最上表面下垂的环形的内、外上连接表面。活塞进一步包括底部，该底部具有一对销座，该销座提供一对横向间隔的销孔，该销孔沿销孔轴彼此对齐，该底部还具有一对向上延伸的环形的内、外下连接表面，该内、外下连接表面分别通过各自独立的内、外焊缝连接到顶部的内、外上连接表面，且上连接表面和下连接表面之间横向形成有环形的冷却腔。底部还包括凹入最上表面下方的燃烧碗壁，其中，燃烧碗壁具有上顶端以及围绕该上顶端和位于该上顶端下方的下顶端的环形波谷。连接顶部和底部的内焊缝与下顶端基本共面，从而使活塞的压缩高度最小化。

根据本发明的另一方面，构造了一种活塞，该活塞包括顶部，该顶部具有最上表面，并带有从该最上表面下垂的环形的内、外上连接表面。活塞进一步包括底部，该底部具有一对销座，该销座提供一对横向间隔的销孔，该销孔沿销孔轴彼此对齐，该底部还具有一对向上延伸的环形的内、外下连接表面，该内、外下连接表面分别通过各自独立的内、外焊缝连接到内、外上连接表面，且上连接表面和下连接表面之间横向延伸有环形的冷却腔。该底部还包括凹入最上表面下方的燃烧碗壁，其中，燃烧碗壁具有在上顶端和下顶端之间延伸的厚度，该下顶端位于上顶端下方，燃烧碗壁还具有围绕该上顶端和下顶端的环形波谷，其中，燃烧碗壁的厚度基本恒定。

根据本发明的另一方面，构造了一种活塞，该活塞包括顶部，该顶部具有最上表面，并带有从该最上表面下垂的环形的内、外上连接表面。活塞进一步包括底部，该底部具有一对销座，该销座提供一对横向间隔的销孔，该销孔沿销孔轴彼此对齐，该底部还具有一对向上延伸的环形的内、外下连接表面，该内、外下连接表面分别通过各自独立的内、外焊缝连接到内、外上连接表面，且上连接表面和下连接表面之间形成有环形的冷却腔。该顶部和底部形成具有外径的活塞头部，其中，活塞的压缩高度在顶部的最上表面与销孔轴之间延伸。该压缩高度的范围约为活塞外径的38%-45%。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于内燃机的活塞的构造方法。该方法包括：制造顶部，该顶部具有最上表面，并带有从该最上表面下垂的环形的内、外上连接表面。进一步地，包括：铸造底部，该底部具有一对销座，该销座提供一对横向间隔的销孔，该销孔沿销孔轴彼此对齐，该底部还具有一对从销孔向上延伸的环形的内、外下连接表面，并带有凹入最上表面下方的燃烧碗壁。燃烧碗壁形成为具有上顶端以及围绕该上顶端和位于该上顶端下方的下顶端的环形波谷。该方法进一步包括：通过在各内、外上连接表面之间形成独立的内、外焊缝将顶部焊接至底部，并形成在上连接表面和下连接表面之间横向延伸的环形冷却腔。还进一步地，包括：形成与燃烧碗的下顶端基本共面的内焊缝。

根据本发明的另一方面，一种用于内燃机的活塞的构造方法，包括：制造顶部，该顶部具有最上表面，并带有从该最上表面下垂的环形的内、外上连接表面。进一步地，包括：制造底部，该底部具有一对销座，该销座提供一对横向间隔的销孔，该销孔沿销孔轴彼此对齐，该底部还具有一对向上延伸的环形的内、外下连接表面，并带有凹入最上表面下方的燃烧碗壁。燃烧碗壁形成为具有上顶端和位于该上顶端下方的下顶端，该燃烧碗壁带有在上顶端和下顶端之间延伸的厚度，其还具有围绕上顶端和下顶端的环形波谷。该方法还进一步包括：形成基本恒定的燃烧碗壁的厚度。

根据本发明的又另一方面，一种用于内燃机的活塞的构造方法，包括：制造顶部，该顶部具有最上表面，并带有从该最上表面下垂的环形的内、外上连接表面。进一步地，包括：制造底部，该底部具有一对销座，该销座提供一对横向间隔的销孔，该销孔沿销孔轴彼此对齐，该底部还具有一对从销孔向上延伸的环形的内、外下连接表面，并带有凹入最上表面下方的燃烧碗壁。接下来，包括：通过在各内、外连接表面之间形成独立的内、外焊缝将顶部焊接至底部，且在上、下连接表面之间延伸有环形的冷却腔，以及制造具有外径的活塞头部。该方法进一步包括在执行焊接步骤后，提供在顶部的最上表面与销孔轴之间延伸的压缩高度，其中，压缩高度的范围约为活塞头部外径的38%-45%。

附图说明

结合下文详细描述的优选实施方案、最佳实施例、所附权利要求和附图，本发明在所述的或者其它方面的特性和优点将更加容易理解，其中：

图1是根据本发明一个方面构造的活塞的局部剖视图；

图2是图1中活塞的侧视图；

图3是图1中活塞的一般穿过纵向中心轴且垂直于活塞销孔轴剖开的侧视剖视图；

图3A是图1中活塞底部的一般沿与图3相同的轴剖开的侧视剖视图；

图4是图1中活塞的一般沿销孔轴剖开的侧视剖视图；

图4A是图1中活塞底部的一般沿与图4相同的轴剖开的侧视剖视图；

图5是图1中活塞的仰视图；

图6是根据本发明另一方面构造的活塞的类似于图1的视图；

图7是图6中活塞的一般穿过纵向中心轴且垂直于活塞销孔轴剖开的侧视剖视图；

图7A是图6中活塞底部的一般沿与图7相同的轴剖开的侧视剖视图；

图8是图6中活塞的一般沿销孔轴剖开的侧视剖视图；

图8A是图6中活塞底部的一般沿与图8相同的轴剖开的侧视剖视图；

图9是图6中活塞的俯视图；

图10是根据本发明另一方面构造的活塞的一般穿过纵向中心轴且垂直于活塞销孔轴剖开的侧视剖视图；

图11是图10中活塞的一般沿销孔轴剖开的侧视剖视图；

图12是图10中活塞的仰视图；及

图13是图10中活塞的俯视图。

具体实施方式

更详细地参阅附图，图1示出了根据本发明的一个优选实施例构造的活塞10的局部剖视图，活塞10用于在内燃发动机（例如，现代的、紧凑的、高性能的汽车发动机）的缸膛或燃烧室（未示出）内作往复运动。活塞10具有由至少两个独立部件组成的本体12，这至少两个独立部件首先分别制造，然后通过某种形式的焊缝（例如，感应焊接、摩擦焊接、硬钎接合、电荷载体射线、激光、电阻等等）在头部14内相互连接。这两个部件包括底部16和顶部18。这里提及的“顶”、“底”、“上”和“下”相对的是沿竖直的纵向中心轴A定位的活塞，在使用过程中，活塞10沿该纵向中心轴A往复。这样的描述是为了方便起见并不作为限制，因为活塞在安装和工作过程中可以成一定角度或者不完全竖直。至少活塞10的底部16由钢铸造（例如熔模铸造）至近净成形（near net shape）。活塞10的顶部18也可以由钢制造成与底部16相独立的部件。根据具体的发动机应用中对活塞10的要求，用于构造底部和顶部16、18的材料（例如钢合金）可以相同（例如SAE4140等级）也可以不同。顶部18可以通过铸造成型，可以利用原料机器加工成型，可以被烧结、锻造或者许多工艺构造成型。由钢构造的底部和顶部16、18增强了活塞10的强度和耐用度，以耐受缸膛内增加的压缩载荷，并且由于其新颖的结构，使得活塞10的重量和压缩高度（CH）最小化，从而使得于其中布置有活塞10的发动机的重量减小且结构更紧凑。

如图1、3和4所示，活塞10的头部14具有围绕环形燃烧碗22的环形顶壁20，该环形燃烧碗22凹入顶壁20的最上燃烧表面的下方。燃烧碗22由壁24界定，壁24包括位于中心的薄壁底部或底板26，该薄壁底部或底板26具有在上表面28和位于下方的下冠表面（也称为底面30）之间延伸的均匀或恒定的厚度。燃烧碗22的轮廓由上表面28形成，其中，上表面28在此示出为具有上顶端或中心波峰32的波形轮廓，正如下面关于图6-9的进一步讨论，上顶端或中心波峰32可以与活塞10的中心轴A同轴，也可以相对活塞的中心轴A径向偏移。燃烧碗壁24的轮廓还提供围绕波峰32的环形波谷34，环形波谷34示为与波峰32同轴且构成燃烧碗24的最低部。由于底板26具有恒定或基本恒定的厚度，且其范围大约在活塞头部外径的2.5%-4.0%之间，底表面30与燃烧碗上表面28的轮廓吻合或基本吻合。因此，在上顶端32的下方直接形成了上升的下顶端或下波峰36，以提供用于容纳连杆（未示出）的活塞销端（也称为小端）的最大有效空间。从而，可以增大连杆的小端的尺寸，以在活塞的往复运动中，提高其引导性和稳定性。

最佳如图3A和4A所示，活塞10的底部16构造为包括底板26，及借此带来的燃烧碗22的波峰32和波谷34。再次参阅图1、3和4，燃烧碗22进一步包括周向的环形的直立侧壁38，侧壁38围绕燃烧碗22的底板26，并从燃烧碗22的底板26的波谷34附近向上延伸至头部14的顶壁20。燃烧碗侧壁38的一部分由活塞10的底部16形成，一部分由活塞10的顶部18形成。因此，侧壁38包括底部16提供的下侧壁部37（图3A和图4A）和顶部18提供的上侧壁部39（图1、图3和图4）。燃烧碗上侧壁部39的最上区域提供环形的径向向内突出的燃烧碗22的唇部或边缘40，该唇部或边缘40由顶部18整体形成，因此燃烧碗22的侧壁38被底切，以在活塞10的顶部18提供环形的再入式谐振腔42。环形的下、上侧壁部37、39各自分别具有下、上端连接表面41、43，在活塞10的构造过程中，下、上端连接表面41、43相互焊接。在此作为示例而非限制，下端连接表面41示为与燃烧碗底板26的下波峰36共面或基本共面，由此，中心波峰32在下端连接表面41的平面上方延伸。

活塞10的头部14进一步包括在活塞10的环形外壁46中形成的环形环带44。外壁46从顶壁20向下延伸，其中外壁46的上部由活塞10的顶部18提供，外壁剩余的下部由底部16提供。外壁46的上部从顶壁20下垂到环形的外上连接表面47，而外壁46的下部向上延伸到环形的外下连接表面49。环带44的上部在此示为在活塞10顶部18内的外壁46上部中形成，环带44的下部在此示为在活塞10底部16内的外壁46下部中形成。环带40具有多个外部环形的环槽45，活塞环（未示出）按常规方式容置在外部环形的环槽45中。所示的环槽45包括邻近活塞头部14的顶壁20的最上环槽，其中最上环槽可以在顶部18内整体形成、在顶部18与底部16之间形成或者在底部16内整体形成，其中最上环槽45用于容纳压缩环（未示出）。此外，还示出了在最上环槽45下方的一对下环槽45，其中该对下环槽45优选在底部16内形成，例如，以容纳中间刮油环和最下油环（均未示出）。又进一步地，底部（第四）环形槽或凹部45’在最下油环槽45的下方形成，其中环形凹部45’主要构造为“铸态（as cast）”，具有重量减轻的特性。

活塞10的头部14进一步包括环形底壁48，底壁48从环带44的下端朝向中心轴A径向向内延伸。底壁48由底部16的材料整体形成。底壁48越过过渡区域51径向向内过渡到燃烧碗22的底板26，该底板26从燃烧碗22的侧壁38径向向内过渡。

头部14的环形底壁48与顶壁20沿中心轴A轴向对齐地间隔开，环带44的外壁46与内燃烧碗侧壁38径向向外间隔开。如此一来，如纵向剖视图所示，这些壁48、20、46和38形成了环形的、环状的箱体结构，该箱体结构在活塞头部14内界定了基本封闭的、周向连续的油腔50。油腔50的上部由活塞10的顶部18构成，油腔50的下部由活塞10的底部16构成。油腔50的底壁（也称为底板48）由至少一个进油器或进油口52构成，该进油器或进油口52向活塞10的底部打开，并与油腔50直接流体连通，用于从供油源（未示出）引入源源不断的冷却油，例如，在安装有活塞10的柴油发动机的工作过程中可以从喷油孔引入冷却油。如果活塞的底部12通过铸造（例如熔模铸造）形成，则进油口52可以构造为具有“铸态”特性，而之后不必再通过机械加工成形。底壁48也可以包括至少一个回油孔或出油口54，该回油孔或出油口54向活塞10底部打开，并与油腔50开放式流体连通，用于使油在工作过程中从腔50回流到发动机的曲轴箱。该至少一个回油孔54同样可以具有活塞底部16的“铸态”特性。虽然为了避免二次加工或后续处理，优选在底部16直接通过浇铸形成进口和出口48、50，但如果需要，进口和出口48、50也可以进行机械加工或其它加工。另外，底壁48可以以“铸态”成形，以提供环形的底切区域，从而提供在至少部分侧壁38下方径向向内延伸的油腔50的环形凹部55，以使燃烧碗22上的冷却腔50内的油的冷却效果最大化。

底部16进一步包括一对销座56，销座56配置为从顶部18下垂。这对销座56各具有一个销孔58，销座优选为无衬套钢结构，其中，这对销孔58沿销孔轴B同轴地相互间隔开，该销孔轴B垂直于中心纵轴A延伸。这对销孔58各具有相切于最上切平面57延伸的最上表面和相切于最下切平面59延伸的最下表面，其中，切平面57、59互相平行且垂直于中心轴A延伸。销座56连接至裙部（也可以称作裙板60），裙部与底部16形成一整块材料，并因此与销座56整体形成一整块材料。

裙板60沿其纵向延伸侧边61通过窗体（也称作支撑部62）直接连接至销座56，这样，裙板60穿过销座56的相对两侧在直径上彼此相对设置。一个或多个支撑部62可以构造为具有开口63，其中，开口63在此示为细长形的、椭圆弧形的或者大致花生形的开口，该开口大致沿中心轴A纵长延伸。开口63优选为与底部16构成“铸态”，但如果需要额外减小重量，则开口63在铸造之后也可以被加工或者处理。

裙板60具有凸起的外表面，外表面穿过中心区域65在裙板各自的两侧边61之间延伸，其中，外表面的轮廓与缸膛壁平滑配合，以当活塞10往复通过缸膛时，使活塞10保持在期望的方向上。裙板60构造为具有范围在活塞头部外径的约2.0%-3.0%之间的厚度。最佳如图5所示，为了增强裙的刚度和对缸套的裙接触压力的均匀度，以及为了增强对活塞在缸套内作往复运动时的引导，裙板60的外边缘61比中心区域65略厚，这样，裙板60具有从各裙板60的一侧边61延伸到相对一侧边61的连续壁厚变化。侧边61的厚度相同或者基本相同，而中心区域65具有相对于侧边61减小了约5%的厚度。因此，当裙板的外表面具有恒定或者基本恒定的曲率半径时，裙板60的内表面具有变化的曲率半径。

裙板60分别在其上端与环带44的下部连接并一体形成（例如铸造），其中，环形凹处45’在裙上端和最下环槽45之间延伸。裙板60大致平行于中心轴A地从环带44纵向向下延伸到底部或下端64，底部或下端64在销孔58的最下切平面59的下方间隔开。至少一个销座56由基准垫66构成，基准垫66从销孔56的底部朝下凸出，以提供用于制造过程中的参考平面68。参考平面60与裙板60的下端64共面。

当底部16的径向内环形下连接表面41焊接到顶部18的径向内环形上连接表面43后，连接分开构造的活塞10顶部和底部18、16的焊缝70至少穿过燃烧碗22的侧壁38延伸。进而，焊缝70在波谷34上方以及中心波峰32和燃烧碗22的边缘40下方向燃烧碗22打开波峰。焊缝70也在油腔最下部的上方轴向间隔开，油腔最下部由下壁48构成，油腔自身也在燃烧碗22的波谷34下方间隔开。

除了焊缝70穿过燃烧碗侧壁延伸外，焊缝72穿过头部14中的至少另一壁延伸。如图所示，焊缝72可以穿过活塞10的外环带44延伸。环带焊缝72的位置可以在沿环带44的长度方向上的任意一点。如图所示，环带焊缝72可位于与燃烧室侧壁38上焊缝70的所在平面相同的平面，该平面垂直于中心轴A延伸。活塞10的底部16进而可以包括环带44的径向、面向上预连接的外下连接表面74，顶部18进而可以包括环带40的径向、面向下预连接的外上连接表面76。相关的下、上连接表面41、43以及74、76可以通过选定的连接工艺（例如感应焊接、摩擦焊接、电阻焊接、电荷载体射线、电子束焊接、铜焊、钎焊、热或冷扩散等）相连。

活塞10适合应用于轻型的、现代的、高性能的汽车柴油发动机应用中，且该活塞头部外径范围在75mm至105mm之间。考虑到铝质活塞以及用于铝质活塞组件的相关嵌入式销孔衬套等等的质量，采用薄壁设计的钢制活塞即使不比铝制活塞更轻，也与其一样轻。钢质活塞10还具有明显小于铝质活塞的压缩高度CH（例如小20-30%），压缩高度CH定义为在中心销孔轴B与顶壁20之间延伸的距离。相当的重量和较小的CH使发动机更小、更紧凑，或者使连杆变长并具有增大的小端，使销孔轴B和燃烧碗壁24的下波峰36之间提供的有效空间增大，从而减小活塞在工作过程中的侧向载荷。

如上所述，钢质活塞10具有很短的压缩高度CH。应注意到，与现有技术重型柴油机应用中典型的具有油冷腔的两件式活塞相比，销座56及其对应的销孔58在活塞本体12中的位置更高（活塞更为轴向紧凑）。图示的活塞10具有占活塞头部外径约40.9%的压缩高度CH。进一步地，销孔轴B到燃烧碗侧壁焊缝70的距离约为27mm。相比之下，用于类似应用的铝质活塞具有占活塞头部外径约20-30%的较高CH。

在图6中，示出了根据本发明另一方面构造的活塞110，其中上文中使用的相差因子100的相同附图标记用于指示类似的特征。

活塞110与前述的活塞10类似，具有焊接到顶部118的底部116，然而，由于底部和顶部116、118之间形成的油腔的底部50’的结构不同，压缩高度CH可以进一步减小。具体地说，底部116中油腔的底部50’的结构改变，而顶部118中油腔的部分保持不变。油腔不再构造为具有匀称连续的环形结构，而是将底部116内油腔的底部50’构造为具有波浪形的底板148（图9）。如图7和7A所示，底板148保持相同或者近似的深度从裙板160径向向内，该深度在直径上穿过中心销孔轴B的区域，然而，如图8和8A所示，底板148相对于中心纵轴A以平滑波浪形式越过横向间隔的销座156上升。如此一来，销座156上形成的销孔158可以在底部116内轴向向上移动，从而，使中心销孔轴B更加轴向邻近活塞110的顶壁120。因此，从中心销孔轴B到顶壁120所确定的CH进一步减小，从而使发动机更加紧凑。

如图10-13所示，示出了根据本发明另一方面构造的活塞210，其中上文中使用的相差因子200的相同附图标记用于指示类似的特征。

活塞210与前述的活塞10类似，具有焊接到顶部218的底部216，然而，不再具有与纵向中心轴A同轴配置的燃烧碗，而是，燃烧碗222相对于活塞210的纵向中心轴A径向偏移，这样，燃烧碗222便相对于纵向中心轴A非同轴。如此一来，为了均匀冷却径向偏移的燃烧碗222，冷却腔250相较于与活塞10的冷却腔50有所改变。顶部218与活塞10的顶部18相同，包括冷却腔250的上部，该上部与纵向中心轴A同轴且是环状对称的，然而，底部216包括冷却腔250的下部，该下部与纵向中心轴A非同轴地径向偏移且是环状非对称的。非对称结构是为了减小活塞210的重量，非同轴结构是为了使燃烧碗222壁224具有对称均匀且恒定的圆周厚度。从而，可以使燃烧碗222均匀冷却。

如图10和12所示，除了上述关于冷却腔250的不同之外，“铸态”进油口252成形为具有细长形、弧形、花生型的结构。这使目标物具有增大的区域，倾斜喷油孔（未示出）可以通过该区域向冷却腔250注油。除了进油口252具有尺寸变大的开口外，底部216内也提供了“铸态”导油器78，以使注入的油均匀地引向导油器78的两侧，进而流过冷却腔250的两侧。导油器78穿过进油口252的近似中点径向延伸，以基本上将进油口252分成两部分。导油器78大致呈三角形，导油器78的波峰79朝下邻近进油口252，导油器78的相对两侧80向上发散进入冷却腔250。如此一来，注入的油将流向发散的相对两侧，并以大致相等的量通过冷却腔250流至出油口254，该出油口254构造成“铸态”并与进油口252在直径上对置。如此一来，厚度均匀且非同轴的壁224可以被均匀冷却，并且使活塞210的整体重量减小。

显然，鉴于上述教导，本发明可以有多种修改和变形。因此，应该理解，在所附权利要求的范围内，本发明还可以通过除具体描述的方式以外的其它方式实施。

Claims (27)

1.一种用于内燃机的活塞，其特征在于，包括：

顶部，该顶部具有最上表面并带有从所述最上表面下垂的环形的内、外上连接表面；

底部，该底部具有一对销座，该对销座提供一对横向间隔的并沿销孔轴彼此对齐的销孔，该底部还具有一对向上延伸的环形的内、外下连接表面，该内下连接表面通过内焊缝连接到内上连接表面，该外下连接表面通过外焊缝连接到外上连接表面，且所述上连接表面和所述下连接表面之间形成有环形的冷却腔，所述底部还具有凹入所述最上表面下方的燃烧碗壁，所述燃烧碗壁具有上顶端以及围绕所述上顶端和位于所述上顶端下方的下顶端的环形波谷；以及

其中所述内焊缝和所述外焊缝与所述下顶端基本共面。

2.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述燃烧碗壁具有均匀的厚度，所述厚度在所述上顶端和所述下顶端之间延伸。

3.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，在所述销孔轴和所述最上表面之间延伸有压缩高度，所述最上表面具有外径，所述压缩高度与所述外径的比例约在38％-45％之间。

4.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述顶部和所述底部沿纵向中心轴延伸，所述冷却腔具有位于所述内上连接表面和所述外上连接表面之间的上部、以及位于所述内下连接表面和所述外下连接表面之间的下部，其中，所述冷却腔的所述上部与所述纵向中心轴同轴，所述冷却腔的所述下部与所述纵向中心轴非同轴。

5.如权利要求4所述的活塞，其特征在于，所述燃烧碗壁具有对称均匀的厚度。

6.如权利要求4所述的活塞，其特征在于，所述冷却腔的所述上部关于所述纵向中心轴对称，所述冷却腔的所述下部关于所述纵向中心轴非对称。

7.如权利要求4所述的活塞，其特征在于，所述冷却腔具有进油口，并带有与所述底部铸造成一体的导油器，所述导油器穿过所述进油口径向延伸，以将所述进油口基本分成两部分。

8.如权利要求7所述的活塞，其特征在于，所述导油器大致呈三角形，且该导油器的顶端邻近进油口设置，所述导油器还具有向上发散进入冷却腔的相对两侧。

9.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述顶部和所述底部沿纵向中心轴延伸，所述冷却腔相对于所述纵向中心轴呈波浪形。

10.如权利要求9所述的活塞，其特征在于，所述冷却腔具有由所述底部提供的底板，所述底板以平滑波浪形式越过所述销孔上升。

11.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述冷却腔具有在所述向上延伸的内连接表面下方延伸的凹部。

12.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，进一步包括一对直径上彼此对置的裙板，每个所述裙板具有可操作地连接于所述销座的相对两侧边，每个所述裙板具有在所述相对两侧边之间延伸的连续变化的壁厚。

13.如权利要求12所述的活塞，其特征在于，每个所述裙板具有中心区域，该中心区域的厚度比所述裙板在所述侧边处的厚度约小5％。

14.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述最上表面具有外径，所述活塞进一步包括在所述销孔轴相对两侧的一对裙板，所述裙板具有径向延伸的厚度，该厚度的范围约在所述外径的2.0％-3.0％之间。

15.如权利要求14所述的活塞，其特征在于，所述燃烧碗壁的厚度约为所述外径的2.5％-4.0％。

16.一种用于内燃机的活塞的构造方法，其特征在于，包括：

制造顶部，该顶部具有最上表面，并带有从该最上表面下垂的环形的内、外上连接表面；

铸造底部，该底部具有一对销座，该对销座提供一对横向间隔的并沿销孔轴彼此对齐的销孔，该底部还具有一对从销孔向上延伸的环形的内、外下连接表面，并带有凹入该最上表面下方的燃烧碗壁，该燃烧碗壁形成为具有上顶端以及围绕该上顶端和位于该上顶端下方的下顶端的环形波谷；

通过在内上连接表面与内下连接表面之间形成内焊缝以及在外上连接表面与外下连接表面之间形成外焊缝将顶部焊接至底部，并在上连接表面和下连接表面之间形成环形的冷却腔；以及

进一步包括形成与燃烧碗的下顶端基本共面的内焊缝和外焊缝。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括形成具有基本均匀厚度的燃烧碗壁。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括形成具有外径的最上表面，并提供在销孔轴与最上表面之间延伸的压缩高度，其中，压缩高度与该外径的比例约在38％-45％之间。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括形成具有与活塞的纵向中心轴同轴的上部以及与活塞的纵向中心轴非同轴的下部的冷却腔。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括形成具有均匀厚度的燃烧碗壁。

21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括形成具有周向延伸的且关于纵向中心轴对称形状的冷却腔的上部，以及形成具有周向延伸的且关于纵向中心轴非对称的形状的冷却腔的下部。

22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括铸造延伸进入冷却腔的进油口，以及铸造与底部成一体的穿过该进油口径向延伸的导油器。

23.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括形成具有底板的冷却腔，该底板相对于活塞的纵向中心轴呈波浪形。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，进一步包括形成以平滑波浪形式越过所述销孔上升的底板部分。

25.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括形成具有凹部的冷却腔，该凹部在向上延伸的内连接表面的下方延伸。

26.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括形成一对直径上彼此对置的裙板，且每个裙板具有大致平行于中心纵轴延伸的且可操作地连接于销座的相对两侧边，并使每个裙板具有在相对两侧边之间延伸的连续变化的壁厚。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，进一步包括使裙板在相对两侧边之间具有中心区域，且中心区域的厚度比裙板在相对两侧边处的厚度约小5％。