CN103688043A - 具有冷却通道的钢活塞及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活塞及其制造方法。该活塞包括固定至底部的顶部。该顶部具有一最上表面以及从该最上表面下垂的环形内上连接表面和外上连接表面。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；一对向上延伸的环形内下连接表面和外下连接表面；以及一燃烧碗壁。内焊缝和外焊缝将内上连接表面和内下连接表明彼此固定，并将外上连接表面和外下连接表面彼此固定。环形冷却通道横向形成于上连接表面和下连接表面之间。将顶部连接至底部的内焊缝位于燃烧碗壁之内并且用于使活塞的压缩高度最小化。

Description

具有冷却通道的钢活塞及其制造方法

技术领域

本发明主要涉及内燃机，更具体地涉及活塞及其制造方法。

背景技术

发动机制造商面临着增长的对于提高发动机效率和性能的需求，该需求包括但不局限于，提高燃油经济性，减少耗油量，改善燃油系统，增加缸膛内的压缩荷载，减少通过活塞的热损耗，减少摩擦损耗，减轻发动机重量并且使发动机更紧凑。为了达到这些目标，需要减小活塞尺寸并降低它们的压缩高度。但是，当希望增加燃烧室内的压缩荷载时，仍需要将活塞保持在切实可行的范围内。因此，虽然希望增加燃烧室内的压缩荷载，但是需要权衡需要权衡这些“增加”限制了压缩高度可被降低的程度以及由此造成的总体发动机尺寸可被减小的程度。进一步，由于施加在活塞上的机械荷载和热荷载增加时需要它们由钢制成，因此，发动机重量可被减少的程度有限。

根据本发明制造的活塞克服了已知活塞结构的上述缺点以及其他缺点，此处，在阅读本公开内容并参阅附图后，这对于本领域技术人员而言将更易于理解。

发明内容

根据本发明构造的活塞由钢制成，从而提高了活塞的强度和稳定性，以承受缸膛内增加的压缩荷载（例如在现代高性能发动机中可以见到的压缩载荷）。进一步地，由于该活塞的新颖结构，使得活塞的压缩高度（CH）和重量能够最小化，从而使得采用了该活塞的发动机可以制造得更为紧凑，且重量更轻。

根据本发明的一个方面，用于内燃机的活塞包括：上活塞部分；下活塞部分；至少下活塞部分由铁基材料制成；下活塞部分具有一对形成有相应销孔的销座，该两个销孔沿一销孔轴对齐；下活塞部分进一步包括一对由相同材料与销座形成一体的活塞裙部；上活塞部分和下活塞部分各自包括彼此径向隔开的环形外壁和环形内壁，且在各自的内壁和外壁之间形成通道部分；上活塞部分的内壁和外壁分别穿过内焊缝和外焊缝永久地连接至下活塞部分的内壁和外壁，以在内壁和外壁之间形成一环形冷却通道，该冷却通道具有两个由连接在一起的内壁和外壁提供的侧壁、由上活塞部分形成的环形顶壁以及由下活塞部分形成的下壁；连接在一起的上活塞部分和下活塞部分包括部分地由连接在一起的内壁的内表面围成的燃烧碗，并且进一步包括燃烧碗的基本呈圆顶状的底壁，该底壁自下活塞部分的内壁径向向内延伸；内焊缝曝露于燃烧碗；连接在一起的活塞部分包括从销座的底部边缘至上壁的顶面所测得的活塞高度尺寸PH；连接在一起的活塞部分包括从销孔轴至上壁的顶面所测得的压缩高度尺寸CH；连接在一起的活塞部分包括测量作为上壁的外直径的活塞直径PD；其中，D约为103mm，CH约为40mm，并且CH/PH的比值约为2/3。

根据本发明的另一个方面，活塞构造为包括一顶部，该顶部具有一最上表面，以及从该最上表面下垂的环形内上连接表面和外上连接表面。该活塞进一步包括底部，该底部具有一对销座，该对销座设有一对沿销孔轴彼此对齐的横向隔开的销孔，该底部还具有一对向上延伸的环形内下连接表面和外下连接表面，该内下连接表面和外下连接表面分别通过单独的内焊缝和外焊缝连接至内上连接表面和外上连接表面，且在上连接表面和下连接表面之间横向延伸有一环形冷却通道。该底部具有凹入最上表面下方的燃烧碗壁，其中燃烧碗壁具有在上顶点和位于上顶点之下的下顶点之间延伸的厚度，且一环形凹部围绕上顶点和下顶点，其中，燃烧碗壁的厚度基本恒定。

根据本发明的另一个方面，活塞构造为包括一顶部，该顶部具有最上表面以及从该最上表面下垂的环形内上连接表面和外上连接表面。该活塞进一步包括一底部，该底部具有一对销座，该对销座设有一对沿销孔轴轴向对齐的横向隔开的销孔，该底部还具有一对向上延伸的环形内下连接表面和外下连接表面，该内下连接表面和外下连接表面分别通过单独的内焊缝和外焊缝连接至内上连接表面和外上连接表面，且在上连接表面和下连接表面之间形成有一环形冷却通道。该顶部和底部形成了一具有外直径的活塞头部区域，其中活塞的压缩高度在顶部的最上表面和销孔轴之间延伸。该压缩高度的范围约在活塞外直径的38%-45%之间。

根据本发明的另一个方面，用于内燃机的活塞包括：具有径向隔开的内连接表面和外连接表面的上活塞部分；具有径向隔开的连接表面并且由铁基材料制成的下活塞部分；内焊缝和外焊缝，该内焊缝和外焊缝分别永久连接上活塞部分和下活塞部分的内连接表面以及上活塞部分和下活塞部分的外连接表面，并且在内连接表面和外连接表面之间形成一冷却通道，以及自冷却通道向内的且向活塞的顶部敞开的燃烧碗；内焊缝在冷却通道和燃烧碗之间延伸；下活塞部分包括一对销座和相应的沿共同的销孔轴对齐的销孔，以及一对由相同材料与销座形成一体的裙部；该活塞具有顶面，并具有外活塞直径PD以及从销孔轴至活塞的顶面所测得的距离—压缩高度CH；其中CH在PD的38%-45%之间。

这种活塞的优点在于，它使得制造出非常牢固而又紧凑的活塞成为可能，并且具有通常与重型活塞应用有关的大尺寸冷却活塞的所有性能优势，而又以小型尺寸应用于小型发动机中。

附图说明

结合以下对当前优选实施例和最佳模型的说明、所附权利要求和附图，本发明的这些和其它方面、特征和优点将更易于理解，其中：

图1是根据本发明一个方面构造的活塞的局部剖面立体图；

图2是图1的活塞的侧视图；

图3是图1的活塞大致穿过纵向中心轴且垂直于活塞的销孔轴剖开的剖视图；

图3A是图1的活塞的底部大致沿与图3相同的轴剖开的剖视图；

图4是图1的活塞大致沿着销孔轴剖开的剖视图；

图4A是图1的活塞的底部大致沿与图4相同的轴剖开的剖视图；

图5是图1的活塞的仰视图；

图6是根据本发明另一个方面构造的活塞的类似于图1的视图；

图7是图6的活塞大致穿过纵向中心轴且垂直于活塞的销孔轴剖开的剖视图；

图7A是图6的活塞大致沿与图7相同的轴剖开的剖视图；

图8是图6的活塞大致沿销孔轴剖开的剖视图；

图8A是图6的活塞的底部大致沿与图8相同的轴剖开的剖视图；

图9是图6的活塞的底部的俯视图；

图10是根据本发明另一个方面构造的活塞大致穿过纵向中心轴且垂直于活塞的销孔轴剖开的剖视图；

图11是图10的活塞大致沿销孔轴剖开的剖视图；

图12是图10的活塞的仰视图；

图13是图10的活塞的俯视图；

图14是本发明的一个可选实施例的俯视图；

图15是大致沿图14的线15-15剖开的剖视图；

图16是大致沿图14的线16-16剖开的剖视图；以及

图17是图14的活塞的仰视图。

具体实施方式

更详细的参阅附图，图1示出了根据本发明的一个当前优选实施例的活塞10的局部剖面立体图，该活塞用于在内燃机（例如现代的、紧凑的、高性能车辆发动机）的缸膛或燃烧室（图中未示）中往复运动。该活塞10具有一本体12，该本体由至少两个单块构成，这些块首先构造为单独的部分，随后在头部区域14中穿过某个形式的焊缝（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）互相连接。这两部分包括底部16和顶部18。此处提到的“顶”、“底”、“上”和“下”是指活塞沿垂直的纵向中心活塞轴A的指向，在使用中，活塞10沿该纵向中心活塞轴A往复运动方向。这是为了方便起见而不是限制，这是因为活塞可以以一个角度或者并不纯粹垂直地安装和运行。至少活塞10的底部16由钢铸造以近净成形（例如以熔模铸造工艺实现）。活塞10的顶部18也可由钢制成为与底部16相独立的单块。根据活塞10在特殊发动机应用中的要求，用于制造底部16和顶部18的材料（例如合金钢）可以是相同的（例如SAE4140级）或者不同的。顶部18可以铸造而成，可以用原料机械加工而成，可以通过许多工艺烧结、锻造或制造而成。由钢制造的底部16和顶部18为活塞10提高了活塞10的强度和稳定性，以承受缸膛内增加的压缩荷载，并且由于其新颖结构，使得活塞10的重量和压缩高度（CH）能够最小化，从而使得采用了活塞10的发动机的重量减轻，且制造得更为紧凑。

如图1、3和4所示，活塞10的头部区域14具有一围绕环形燃烧碗22的环形顶壁20，该燃烧碗22凹入顶壁20的最上燃烧表面下方。该燃烧碗22由壁24围成，该壁24包括一位于中心的具有均匀或恒定厚度的薄壁底部或底层26，该厚度在上表面28与下方的顶部底面（也称为底面30）之间延伸。燃烧碗22的轮廓由上表面28形成，其中，上表面28示为波状外形，以提供一上部顶点或中心顶峰32，该中心顶峰可以沿活塞10的中心轴A同轴设置或者可以相对于活塞中心轴A径向偏置（例如以下关于图6-图9所进一步讨论的）。燃烧碗壁24的轮廓还具有围绕顶峰32的环形凹部34，该凹部34示为与顶峰32同轴，并形成了燃烧碗24最底部分。由于底层26具有恒定或基本恒定的厚度（该厚度的范围约在活塞头部外直径的2.5%-4.0%之间），因此，底面30沿着或基本沿着燃烧碗上表面28的轮廓。因此，升高的下部顶点或顶峰36直接形成于上部顶点32的下方，以提供最大的可利用空间，从而容纳连接杆（图中未示）的活塞销末端（也称为小端）。所以，连接杆的小端的尺寸可以增大，以在往复运动中提高活塞的引导性或稳定性。

最佳如图3A和4A所示，活塞10的底部16构造为包括底层26，并由此包括燃烧碗22的顶峰32和凹部34。再次参见图1、3和4，燃烧碗22进一步包括外围环形直立的侧壁38，该侧壁围绕燃烧碗22的底层26，并且从燃烧碗22的底层26的接近凹部34处向上延伸至头部区域14的顶壁20。燃烧碗侧壁38部分由活塞10的底部16形成，且部分由活塞10的顶部18形成。因此，侧壁38包括一由底部16提供的下侧壁部分37（图3A和图4A）以及由顶部18提供的上侧壁部分39（图1、3和4）。燃烧碗上侧壁部分39的最上区域提供了一完全由顶部18形成的燃烧碗22的环形径向向内突出的唇部或边缘40，从而使得燃烧碗22的侧壁38底切，以在活塞10的顶部18中形成环形凹腔42。环形的下侧壁部分37和上侧壁部分39各自分别具有下端连接表面41和上端连接表面43，在活塞10的制造中，下端连接表面41和上端连接表面43彼此焊接。作为示例而非限制，下端连接表面41示为与燃烧碗底层26的位于下方的顶峰36共面或基本共面，因此，中心顶峰32在下端连接表面41的平面之上延伸。

活塞10的头部区域14进一步包括形成在活塞10的环形外壁46中的环形环带44。外壁46从顶壁20向下延伸，其中，外壁46的上部由顶部18提供，且外壁的剩余底部由底部16提供。外壁46的上部从顶壁20下垂至环形的、外部的上连接表面47，同时外壁46的下部向上延伸至环形的、外部的下连接表面49。环带44的上部示为形成于活塞10的顶部18内的外壁46的上部中，且环带44的下部示为形成于活塞10的底部16内的外壁46的底部中。环带40具有多个外部环状的环形槽45，活塞环（图中未示）以常规的方式容置在该环形槽中。环形槽45示为包括邻近活塞头部区域14的顶壁20的最上环形槽，其中，最上环形槽可以完全形成于顶部18内，形成在顶部18和底部16之间，或者完全形成于底部16内，其中，最上环形槽45用于容置压缩环（图中未示）。另外，示出了一对位于最上环形槽45下方的下环形槽45，其中，该对下环形槽45优选地形成在底部16中，从而容置中间刮油环和最下油环（均未示出）。又进一步地，底部（第四个）环形槽或凹槽45’形成于最下油环槽45之下，其中，环形凹槽45’形成为“铸态”，以主要作为减少重量的特征。

活塞10的头部区域14进一步包括一环形底壁48，该环形底壁48从环带44的下端朝中心轴A径向向内延伸。该底壁48完全由底部16的材料形成。底壁48越过过渡区域51径向向内过渡进入自燃烧碗22的侧壁38径向向内的燃烧碗22的底层26。

头部区域14的环形底壁48沿中心轴A轴向对齐地与顶壁20隔开，且环带44的外壁46自内部燃烧碗侧壁38径向向外地与其隔开。如此，如纵向横截面所示，这些壁48，20，46，38形成一环形的、圆环面形（toroid-shaped）的箱形结构，该箱形结构在活塞头部区域14内形成了一基本封闭的、周向连续的油道50。油道50的上部区域由活塞10的顶部18形成，油道50的下部区域由活塞10的底部16形成。油道50的底壁（也称为底层48）形成有至少一个给油或进油口52，该进油口向活塞10的底部敞开并且与油道50直接流体连通，以从供给源（图中未示）引入冷却油流，例如在其中安装有活塞10的柴油发动机的运行过程中从喷油孔引入冷却油流。如果活塞的底部16通过铸造（例如熔模铸造）而成，那么进油口52可以形成为“浇入式”结构而无需通过机械加工后续形成。底壁48也可以包括至少一个回油孔或者出油口54，该出油口向活塞10的底部敞开并且与油道50敞开流体连通，以在运行过程中从油道50回油至发动机的曲柄箱中。该至少一个回油孔54可以类似的为活塞底部16的“浇入式”结构。虽然优选地通过将进口52和出口54直接铸造在底部16中来形成进口52和出口54，以避免二次工艺或下游过程，但是，必要时，进口52和出口54也可被机械加工或者进行其他处理。另外，底壁48可形成为“铸态”，以提供环形的底切区域，从而提供油道50的环形的凹入部分55，该凹入部分在至少部分侧壁38下方径向向内延伸，以使得对燃烧碗22上的冷却通道50内的油的冷却效果最大化。

底部16进一步包括一对从顶部18下垂的销座56。每个销座56具有一销孔58，优选地无衬套的钢结构，其中，两个销孔58沿着垂直于中心纵向轴A延伸的销孔轴B同轴地彼此隔开。每个销孔58具有一与最上切平面57相切延伸的最上表面，以及一与最下切平面59相切延伸的最下表面，其中，切平面57、59彼此平行延伸且垂直于中心轴A延伸。销座56连接至裙部（也称为裙板60），该裙板60与底部16形成为整块材料，并因此，与销座56整体形成为整块材料。

裙板60沿着它们的纵向延伸的侧边61通过窗口（也称为支撑部分62）直接连接至销座56，从而使得裙板60穿过销座56的相对两侧在直径上彼此相对的布置。一个或多个支撑部分62可以形成为具有开口63，其中，开口63示为沿中心轴A基本纵向延伸的细长的、弓状椭圆形（arcuate oval）或者基本呈花生形状的开口。开口63优选地与底部16形成为“铸态”，然而如果有额外减少重量的需要，它们也可以被机械加工或者进行后续铸造。

裙板60具有在它们各自的两侧边61之间延伸穿过中心区域65的凸起的外表面，其中，该外表面的轮廓与缸膛的壁光滑配合，以在活塞10往复通过缸膛时使其保持在所需的方向。裙板60构造为具有范围约为活塞头部外直径的2.0%-3.0%的厚度。最佳如图5所示，为了提高裙部的刚度以及裙部对汽缸衬垫的接触压力的均匀性，并且为了活塞在汽缸衬垫内往复运动过程中的引导性，裙板60的外缘61稍厚于中心区域65，从而使得裙板60具有从各裙板60的一侧边61延伸至各裙板60的另一侧边61的连续壁厚变化。两个侧边61的厚度相同或者基本相同，同时中心区域65的厚度相对于侧边61大约减少5%。因此，当裙板的外表面具有恒定的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分别在它们的上端处与环带44的下部连接，并与环带44的下部形成（例如铸造）一体（例如浇铸），其中环形凹槽45’在裙部上端和最下环形槽45之间延伸。裙板60从环带44基本平行于中心轴A向下纵向延伸至底端或下端64，该下端在销孔58的最下切平面下方与其隔开。至少一个销座56形成有基准垫66（datum pad），该基准垫从销座56的底部向下突出，以提供在制造中使用的平坦的参考面68。该参考面68与裙板60的下端64共面。

在将底部16的径向内环形下连接面41焊接至顶部18的径向内环形上连接面43后，连接单独制造的活塞10的顶部18和底部16的焊缝70延伸至少穿过燃烧碗22的侧壁38。因此，焊缝70在凹部34上方以及中心顶峰32和燃烧碗22的边缘40下方暴露于燃烧碗22中。焊缝70还在油道的最下部上方与其轴向隔开，该油道的最下部由下壁48形成，且该油道的最下部在燃烧碗22的凹部34下方与其隔开。

除了延伸穿过燃烧碗侧壁38的焊缝70之外，焊缝72延伸穿过头部区域14中的至少一个其他壁。如图所示，焊缝72可以延伸穿过活塞10的外部环带44。环带焊缝72可以位于沿环带44长度的任意位置处。如图所示，环带焊缝72可以位于与燃烧室侧壁38中焊缝70的平面相同的、垂直于中心轴A延伸的平面中。因此活塞10的底部16可以包括环带44的径向外部的、面向上预连接的下连接表面74，且顶部18因此可以包括环带44的径向外部的、面向下预连接的上连接表面76。相应的下、上连接表面41、43和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、电荷载射线、电子束焊接、硬钎焊、软钎焊、热扩散或冷扩散等）相连接。

活塞头外直径的范围约为75mm至105mm的活塞10适宜用于轻型的、现代的、高性能车辆柴油发动机应用中。虽然活塞10由钢制成，但由于活塞10的薄壁设计，因此当考虑到铝活塞及用于铝活塞组件的相关嵌件销孔衬套的质量时，活塞10即使不比其对应的铝活塞轻，也可以与铝活塞一样轻。钢活塞10的压缩高度CH明显小于其对应的铝活塞的压缩高度（即小于20-30%），钢活塞10的压缩高度CH定义为在中心销孔轴B和顶壁20之间延伸的距离。可比的重量以及较小的CH使得发动机可以制造得更小且更紧凑，或者由于销孔轴B与燃烧碗壁24的位于下方的顶峰36之间的可用空间增加，使得连接杆可以更长且具有扩大的小端，以便在运行过程中减小活塞上的横向载荷。

如前所述，钢活塞10的压缩高度CH非常短。与现有技术中重型柴油发动机应用所特有的具有油冷却通道的两件式活塞相比，可以理解的是，销座56及其相应的销孔58在活塞本体12中的位置更高（该活塞在轴向上更为紧凑）。示出的活塞10的压缩高度CH与活塞头部区域外直径的比例约为40.9%。进一步地，从销孔轴B至燃烧碗侧壁焊缝70的距离约为27mm。通过比较，用于类似应用的铝活塞的CH与活塞头部区域外直径的比例约大20-30%。

在图6中，示出了根据本发明另一个方面构造的活塞110，其中，与上述相差100的相同的附图标记用于标识类似的特征。

活塞110类似于上述活塞10，其具有焊接至顶部118的底部116，然而，由于底部116与顶部118之间形成的油道的底部50’的结构不同，因此，压缩高度CH能够进一步减小。特别地，底部116中油道的底部50’的结构有所改变，且顶部118中的部分油道保持不变。油道并非形成为具有对称连续的环形结构，而是底部116中油道的底部50’制造为具有波状的底层148（图9）。如图7和7A所示，底层148在直径方向上穿过中心销孔轴B、自裙板160径向向内的区域之上保持相同或相似的深度，然而，如图8和8A所示，在横向间隔的销座156之上延伸的区域中，底层148以平滑的波状形式相对于中心纵轴A上升。如此，形成于销座156中的销孔158可在底部116内轴向向上移动，因此，使中心销孔轴B轴向靠近活塞110的顶壁120。所以，从中心销孔轴B至顶壁120测得的CH进一步减少，从而使得发动机制造得进一步紧凑。

如图10-13所示，示出了根据本发明另一个方面构造的活塞210，其中，与上述相差200的相同的附图标记用于标识类似的特征。

活塞210类似于上述的活塞10，其具有焊接至顶部218的底部216，但是不具有与纵向中心轴A同轴地构成的燃烧碗，燃烧碗222相对于活塞210的纵向中心轴A径向偏移，从而使得燃烧碗222相对于纵向中心轴A非同轴。如此，为了均匀地冷却径向偏移的燃烧碗222，冷却通道250相较于活塞10的冷却通道50有所改变。如同活塞10的顶部18一样，顶部218包括冷却通道250的与纵向中心轴A同轴且环状对称的上部，然而，底部216包括冷却通道250的以与纵向中心轴A非同轴且环形非对称的形式径向偏移的下部。非对称设置的原因是为了减少活塞210的重量，非同轴设置的原因是为了使燃烧碗222的壁224具有对称均匀的、恒定不变的周向厚度。如此，可以实现对燃烧碗222的均匀冷却。

如图10和12所示，除了上述关于冷却通道250的区别之外，“铸态”进油口252成形为具有扩大的、弓形的、呈花生形状的结构。这就形成了一个增大的区域，倾斜的喷油孔（图中未示）能够通过该区域将油注入冷却通道250中。除了进口252具有尺寸增大的开口之外，底部216中还提供了“铸态”导油器78，以将注入的油均匀地偏向导油器78的两侧，进而流过冷却通道250的两侧边。导油器78径向延伸穿过进油口252的大致中点，以使进油口252基本分成两支。导油器78的形状大致为三角形，且导油器78的顶点79朝下邻近进口252，导油器78的相对两侧80向上分开进入冷却通道250。如此，注入的油偏离相对的分开的两侧，从而以大致相等的流量流过冷却通道250并流至形成为“铸态”的出油口254，该出油口在直径方向上与进油口252对置。如此，厚度均匀、非同轴的壁224被均匀冷却，且活塞210的整体重量减少。

图14-17示出了本发明的另一个实施例。活塞300示为具有上活塞部分302和下活塞部分304。至少下活塞部分304由铁基材料制成。部分302、304均可以由铁基材料制成。部分302、304均可以由相同或不同等级（比如SAE4140）的钢制成。

上部302和下部304各自分别包括外环形壁312、314和内环形壁316、318。上部302的外壁312和内壁316之间形成有通道部分320，下部304的外壁314和内壁318之间也形成有相应的通道部分322。

上活塞部分302和下活塞部分304各自的内壁316、318和外壁312、314穿过各自的内焊缝324和外焊缝326永久地相连，从而在内壁316、318和外壁312、314之间形成环形冷却通道328，该通道328具有两个由连接在一起的内壁和外壁提供的侧壁，且环形上壁330形成为上活塞部分302的一部分，底壁332形成为下活塞部分304的一部分。

活塞300进一步包括燃烧碗334，该燃烧碗部分由结合在一起的内壁的径向内表面围成，部分由基本呈圆顶状的底壁336围成，该底壁自下活塞部分304的内壁径向向内延伸，并采用相同材料与下活塞部分304制成一体。

内焊缝324曝露于燃烧碗334。换句话说，内焊缝324的位置是这样的，即，内焊缝324的内缘终止于燃烧碗表面334，内焊缝324的外缘终止于冷却通道328的径向内壁。内焊缝324在顶壁330下方与其隔开，但在外焊缝326上方与其隔开。焊缝324、326中的一个或两个均可以是摩擦焊缝。

活塞300具有活塞高度PH，该活塞高度PH的尺寸从销座306的底部边缘至上壁330的顶面338之间测得。该活塞300进一步包括活塞直径PD，该活塞直径PD测量作为上壁330的外直径。该活塞300还具有压缩高度CH，该压缩高度CH测量为从销孔轴A至顶面338的距离。根据此实施例，当CH约为40mm，D约为103mm且CH/PH的比值约为2/3时，得到了一种特别紧凑且牢固的活塞。CH在PD的38%-45%之间。

外壁312、314的外表面形成有多个环形槽340、342和344，该环形槽340、342和344中可以容置环346、348、350。最佳如图15和16所示，冷却通道328在最上环形槽340的上方以及最下环形槽344的下方延伸。这为非常紧凑的活塞提供了高度的冷却能力。

冷却通道328的下部的径向最内拐角352底切燃烧碗334，从而使得该拐角352超过燃烧碗334的径向最外区域354径向向内延伸。这加强了对碗334的冷却。下部拐角352还自冷却通道328的上部的径向最内拐角356径向向内延伸，从而使得该通道底部的宽度大于其顶部的宽度。而且，最外区域354在纵向和径向上位于通道328的下部拐角352和上部拐角356之间，从而在紧凑设计中提供最佳的冷却效果。内焊缝324和外焊缝326同样纵向位于冷却通道328的下部拐角352和上部拐角356之间。

如图14、16和17所示，活塞包括中心纵轴B，销孔包括纵轴C。轴C垂直于轴A。轴C进一步平行于轴A但从轴A横向偏移。在此实施例中，偏移距离约为0.5mm。销孔偏移靠近推力侧而非靠近止推侧。

最佳如图15所示，销座306具有沿其长度（除了拐角处的倒圆隙角（rounding relief））基本平坦的内表面358。表面358在从上至下的方向上以固定的单一角度远离彼此分开。销座306在它们顶部合并成壁336和底层332。销座306的宽度自下而上持续增加，而在顶部没有颈缩或者变薄。销座306之间位于顶部的空间306在冷却通道328的底壁332上方以及燃烧碗334的最下区域362上方延伸。这有助于实现活塞的紧凑设计。

底壁332形成有一对用于从通道328引油和排油的开口364、366。

活塞裙部310涂有石墨，且销孔308无衬套并且涂有磷酸锰。

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 (18)

1.一种用于内燃机的活塞，其特征在于，所述活塞包括：

上活塞部分；

下活塞部分；至少所述下活塞部分由铁基材料制成；所述下活塞部分具有一对形成有相应销孔的销座，该销孔沿一销孔轴对齐；所述下活塞部分进一步包括一对由相同材料与所述销座形成一体的活塞裙部；

所述上活塞部分和所述下活塞部分各自包括彼此径向隔开的环形外壁和环形内壁，且在每个所述内壁和所述外壁之间形成通道部分；所述上活塞部分的所述内壁和所述外壁分别穿过内焊缝和外焊缝永久地连接至所述下活塞部分的所述内壁和所述外壁，以在所述上活塞部分的内壁和外壁以及所述下活塞部分的内壁和外壁之间形成一环形冷却通道，所述环形冷却通道具有两个由连接在一起的内壁和外壁提供的侧壁、由所述上活塞部分形成的环形顶壁以及由所述下活塞部分形成的下壁；

所述连接在一起的上活塞部分和下活塞部分包括一部分地由所述连接在一起的内壁的内表面围成的燃烧碗，且进一步包括所述燃烧碗的基本呈圆顶状的底壁，该底壁自所述下活塞部分的所述内壁径向向内延伸；

所述内焊缝曝露于所述燃烧碗；

所述连接在一起的活塞部分包括从所述销座的底部边缘至所述上壁的顶面所测得的活塞高度尺寸PH；

所述连接在一起的活塞部分包括从所述销孔轴至所述上壁的所述顶面所测得的压缩高度尺寸CH；

所述连接在一起的活塞部分包括测量作为所述上壁的外直径的活塞直径PD；以及

其中D约为103mm，CH约为40mm，且CH/PH的比值约为2/3。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述上活塞部分和所述下活塞部分由钢制成。

3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述焊缝为摩擦焊缝。

4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述上活塞部分和所述下活塞部分的所述外壁的外表面形成有多个环形槽，且所述冷却通道在所述多个环形槽上方和下方延伸。

5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述内焊缝在所述外焊缝上方与其隔开。

6.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述连接在一起的上活塞部分和下活塞部分包括一中心纵向活塞轴，且所述销孔包括一平行于所述活塞轴但横向偏离所述活塞轴的纵向销轴。

7.根据权利要求6所述的活塞，其特征在于，所述偏离量为0.5mm。

8.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述销孔涂有磷酸锰，且不具有嵌入式轴承或衬套。

9.根据权利要求8所述的活塞，其特征在于，所述裙部涂有石墨。

10.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述销座具有沿其长度基本平坦的内表面，且从横截面看所述内表面从上至下以固定的单一角度远离彼此分开。

11.根据权利要求10所述的活塞，其特征在于，所述销座之间的空间在所述通道的底壁上方以及所述燃烧碗的最下区域上方延伸。

12.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述冷却通道的下部的径向最内拐角超过所述燃烧碗的径向最外区域径向向内延伸。

13.根据权利要求12所述的活塞，其特征在于，所述冷却通道的所述下部拐角超过所述冷却通道的上部的径向最内拐角径向向内延伸。

14.根据权利要求13所述的活塞，其特征在于，所述燃烧碗的所述径向最外区域径向位于所述冷却通道的所述下部拐角和所述上部拐角之间。

15.根据权利要求14所述的活塞，其特征在于，所述内焊缝位于所述冷却通道的所述上部拐角和所述下部拐角之间。

16.根据权利要求15所述的活塞，其特征在于，所述外焊缝位于所述内焊缝下方。

17.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞包括一对位于所述底壁内的开口，以提供通至冷却通道的用于将冷却油引入且排出所述冷却通道的开放通路。

18.一种用于内燃机的活塞，其特征在于，所述活塞包括：

具有径向隔开的内连接表面和外连接表面的上活塞部分；

具有径向隔开的连接表面并由铁基材料制成的下活塞部分；

内焊缝和外焊缝，该内焊缝和外焊缝分别永久地连接所述上活塞部分和所述下活塞部分的所述内连接表面以及所述上活塞部分和所述下活塞部分的所述外连接表面，并且在所述上活塞部分的内连接表面和外连接表面以及所述下活塞部分的内连接表面和外连接表面之间形成一冷却通道，以及自所述冷却通道内向的且向所述活塞的顶部敞开的燃烧碗；

所述内焊缝在所述冷却通道和所述燃烧碗之间延伸；

所述下活塞部分包括一对销座和相应的沿一共同的销孔轴对齐的销孔，以及一对由相同材料与所述销座形成一体的裙部；

所述活塞具有顶面，并具有一外活塞直径PD以及测量为从所述销孔轴至所述活塞的所述顶面的距离的压缩高度CH；其中，CH在PD的38%-45%之间。

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