CN107250519A - 具有含增强进油口的冷却通道的活塞及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种活塞及其构建方法。所述活塞包括具有上燃烧表面的上冠部和从其悬垂的下冠部。所述下冠部包括一对横向隔开且轴向对齐的销孔，所述销孔构造成容纳活塞销。在所述上冠部和下冠部之间形成大体上闭合的环形外部冷却通道，其中所述冷却通道的底面由下冠部的底板形成。进油口和出油口延伸通过所述底板。所述进油口包括从底板向上延伸进入所述冷却通道的竖直环形凸起，其中所述凸起由下冠部底板的材料形成为整体挤出部。

Description

具有含增强进油口的冷却通道的活塞及其构建方法

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2014年12月19日提交的序列号为62/094,258的美国临时专利申请和2015年12月18日提交的序列号为14/975,451的美国发明专利申请的优先权，这些专利申请在此通过引用整体并入本文。

背景技术

1.技术领域

本发明主要涉及内燃发动机，具体地，涉及活塞及其构建方法。

2.相关技术

已知用于内燃发动机的活塞包括环形冷却通道，以便将活塞保持在可操作温度范围内。当油通过通常位于活塞一侧的进油口被输送到冷却通道时，需要使得油流动到活塞的相对侧并通过出油口流出，在此处油通常返回至曲轴箱。如果允许油流出进油口，则会导致活塞冷却不充分，从而潜在地减少活塞的使用寿命。

为防止油通过进油口流出，已经进行了一些尝试。一种已知机构包括围绕进油口在活塞上固定单独的环形部件，以形成围绕进油口的竖直屏障来阻止油排出。尽管这可以证明是有效的，但需要执行二次附接工艺(比如通过焊接)以将该部件附接到活塞上，这会产生额外的部件和制造工艺成本。另外一种已知的尝试包括通过铸造操作以形成屏障，同样地，尽管这可以证明是有效的，但其需要铸造活塞部件，根据活塞的应用以及活塞的制造工艺的不同，这并非总是可取的。此外，铸造屏障需要特殊模具以用于被制造的每种不同形式的活塞，同样产生固有成本。

发明内容

根据本发明的一个方面，活塞包括具有上冠部以及从上冠部悬垂的下冠部，所述上冠部具有上燃烧表面以及从所述上燃烧表面悬垂的大体为圆柱形的上部槽脊和环形带区域。下冠部包括一对横向隔开、轴向对齐的销孔，所述销孔被构造用于接纳活塞销，以便将活塞与连杆耦接。在上冠部和下冠部之间形成的大体上闭合的环形外部冷却通道，其中该冷却通道的底面由下冠部的底板形成。进油口和出油口延伸通过底板，其中进油口可操作而允许油流入冷却通道，而出油口可操作而允许油从冷却通道流出，从而形成油流回路。为了便于形成通过进油口流入冷却通道并通过出油口从冷却通道流出的单向油流，以增强冷却通道及流过其中的油的冷却效果，进油口包括从底板向上延伸进入冷却通道的竖直环形凸起，其中该凸起由下冠部底板的材料形成为整体挤出部。该凸起阻止油通过进油口从冷却通道向外流出的逆向流动，从而使油必要地循环流动，按照预期地通过冷却通道并流出出油口。

根据本发明另一方面，相对于底板的其余材料，进油口的材料被硬化。

根据本发明另一方面，底板具有紧邻凸起的厚度，凸起具有的高度为所述厚度的约1/2倍至3倍。

根据本发明另一方面，凸起从底板延伸到自由端，其中该凸起具有紧邻底板的第一壁厚和紧邻自由端的第二壁厚，其中第一厚度大于第二厚度。

根据本发明另一方面，凸起的壁厚从底板到自由端连续减小。

根据本发明另一方面，提供了一种构建用于内燃发动机的活塞的方法。该方法包括形成上冠部和从上冠部悬垂的下冠部，所述上冠部具有上燃烧表面以及从所述上燃烧表面悬垂的大体为圆柱形的上部槽脊和环形带区域。该方法还包括形成具有一对横向隔开、轴向对准的销孔的下冠部，所述销孔构造成用于接纳活塞销，以便将活塞与连杆耦接。该方法还包括在上冠部和下冠部之间形成大体上闭合的环形外部油通道，其中冷却通道的底面由下冠部的底板形成。此外，该方法还包括形成延伸通过底板的进油口和出油口。在形成进油口时，该方法包括在底板上同时形成开口，并使底板的材料从底板向上移位，其中移位的材料形成了竖直的环形凸起，所述环形凸起用于阻止油从冷却通道通过进油口向外逆向流出。由于凸起的形成是进油口形成的结果，因此显著提高了制造效率，从而最小化与形成凸起相关的成本。

根据本发明的另一方面，所述方法还包括以成形钻孔工艺形成竖直环形凸起。

根据本发明另一方面，所述方法还包括在形成进油口的同时硬化凸起的材料。

根据本发明另一方面，所述方法还包括将凸起形成为具有的高度为紧邻所述凸起的、底板厚度的约1/2倍至3倍。

根据本发明另一方面，所述方法还包括形成从底板延伸到自由端的凸起，并将所述凸起形成为具有紧邻底板的第一壁厚和紧邻自由端的第二壁厚，并且将第一厚度形成为大于第二厚度。

根据本发明另一方面，该方法还包括所述凸起的壁厚，使其从底板到自由端连续地减小。

附图说明

当结合对当前优选实施例和最佳模式的详细说明、所附权利要求书和附图的以下详细说明来考虑时，可以更容易地理解本发明的这些和那些方面、特征和优点，其中：

图1是根据本发明的一个方面构建的活塞的局部剖切透视图；

图2是大体上沿着图1的活塞的销孔轴线所截取的剖视图；

图2A是通过图1所示活塞的进油孔所截取的放大部分剖视图；

图3是图1所示活塞的仰视平面图。

具体实施方式

具体参照附图，图1和图2示出了根据本发明一个目前优选实施例构建的活塞10，其用于在诸如重型柴油发动机(作为示例而非限制)的内燃机的气缸孔或腔室中往复运动。活塞10具有沿中心纵轴14延伸的本体12，活塞10沿着中心纵轴线14在气缸孔中往复运动。本体12具有上冠部16和下冠部18。下冠部18具有从上冠部16悬垂的一对销座20，以提供横向隔开的销孔22，销孔22沿着大体横交于中心纵轴线14延伸的销孔轴线24彼此对准。销座20经由支撑部分28连接到横向间隔开的、径向相对的裙部26。在上冠部16和下冠部18之间形成基本封闭的环形外部油冷却通道30，其中由下冠部18的壁34形成了冷却通道30的底面(也被称为底板32)。进油口36和出油口38(图1和3)延伸穿过底板32，其中进油口36可操作而允许油流入冷却通道30，而出油口38可操作而允许油从冷却通道30向外流出。为了便于油通过进油口36单向流入冷却通道30，进油口36具有从底板32向上延伸进入冷却通道30的竖直环形壁(也称为凸起40)，其中凸起40形成为下冠部壁34的材料的整体硬化挤出部。因为凸起40从底板32向上延伸，从而阻挡油逆向回流通过进油口36，因此一旦油通过进油口36进入冷却通道30，就会按照预期的方式被推进通过冷却通道30流动至与进油口36大致或基本上径向相对的位置，并且由于出油口38不具有竖直凸起，所以使油在该处通过出油口38从冷却通道30向外流出。这样，油沿单向流路流过冷却通道30，从而通过使新油连续地流入和流出冷却通道30来促使活塞10实现最优冷却，防止油在冷却通道30内焦化，同时还确保油在流出之前流经整个冷却通道30，进而促使活塞10的均匀冷却。

活塞10的上冠部16在此被展示为具有上燃烧表面42，其具有凹入其中的燃烧碗44，以在气缸孔内提供所需气流。大体为圆柱形的外壁46从上燃烧表面42向下延伸至环形外自由端52，外壁46包括上部槽脊48和环形带50，其中在环形带50上形成至少一个环形凹槽54以浮动容纳活塞环(图中未示出)。环形内部肋56从燃烧碗44的顶内表面悬垂到内部自由端58。

下冠部18可以通过诸如锻造工艺(作为示例而非限制)而与上冠部16分开构建，并通过竖直的环形外部肋自由端60和竖直环形内部肋自由端62接合到上冠部16。上冠部16和下冠部18在此显示为通过摩擦焊、感应焊或者其他任何合适类型的焊缝64接合在一起，所述焊缝64形成为跨越比如各自的外自由端52，60和内自由端58，62。这样，在上冠部16和下冠部18之间形成基本闭合的环形外部油通道30，同时从销孔22向上在燃烧碗44的中心部分的下方形成开放内部通道66。应当认识，根据本发明构建的活塞10可以具有以其他形式形成的上冠部和下冠部，例如包括构建成单件整体材料并具有不同构造的油通道。

进油口36和凸起40以成形钻孔工艺(也称为流体钻孔或摩擦钻孔)形成，并可以在活塞制造的任何阶段在下冠部18上形成，如果上冠部16和下冠部18形成为分开的部件，甚至可以在上冠部16和下冠部18彼此连接之后。这使得用成形钻孔工艺形成进油口36的开口的同时形成凸起40成为可能。除了减少了构建凸起40所需的工艺外，在活塞10的制造中也具有灵活性，这进而节约了成本。底板32具有紧邻凸起40的厚度(T)，并且凸起40形成为其高度(H)是厚度T的大约1/2倍到3倍，优选大约是厚度的1倍或大于厚度的1倍。管状凸起40从底板32向上延伸到自由端68。凸起40具有紧邻底板32的第一壁厚(t1)和紧邻自由端68的第二壁厚(t2)，其中第一厚度(t1)大于第二厚度(t2)。凸起40的壁厚从邻接底板32的厚度t1到自由端68连续减小或大体连续地减小。凸起40的构形和增强的硬度(相对于底板32的硬度)都是钻孔成形工艺的直接结果，这进而使得凸起40具有其增强的强度和构形优点。

显然，基于上述教导可能对本发明做出多种修改和变型。因此，应当理解在所附权利要求的保护范围内，本发明可以以不同于具体描述的方式实施。

Claims (11)

1.一种用于内燃发动机的活塞，其特征在于，所述活塞包括：

上冠部，所述上冠部具有上燃烧表面，以及从所述上燃烧表面悬垂的大体圆柱形的上部槽脊和环形带区域；

下冠部，所述下冠部从所述上冠部悬垂，所述下冠部包括一对横向隔开、轴向对准的销孔，所述销孔构造成用于接纳活塞销；

环形外部油通道，所述环形外部油通道大体上闭合，所述环形外部油通道形成于所述上冠部和所述下冠部之间，所述通道具有由所述下冠部的底板形成的底面；

进油口和出油口，所述进油口和出油口延伸通过所述底板，其中所述进油口包括竖直环形凸起，所述竖直环形凸起从所述底板向上延伸进入所述冷却通道，其中所述凸起由所述底板的材料形成为整体挤出部。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，相对于所述底板的其余材料，所述进油口的材料被硬化。

3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述底板具有紧邻所述凸起的厚度，所述凸起的高度为所述厚度的约1/2倍至3倍。

4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述凸起从所述底板延伸到自由端，所述凸起具有紧邻所述底板的第一壁厚和紧邻所述自由端的第二壁厚，所述第一厚度大于所述第二厚度。

5.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，所述壁厚从所述底板到所述自由端连续减小。

6.一种构建用于内燃发动机的活塞的方法，其特征在于，所述方法包括：

形成上冠部，所述上冠部具有上燃烧表面，以及从所述上燃烧表面悬垂的大体为圆柱形的上部槽脊和环形带区域；

形成下冠部，所述下冠部从所述上冠部悬垂，并且所述下冠部具有一对横向隔开的销座，所述销座具有轴向对准的销孔；

在所述上冠部和所述下冠部之间形成大体上闭合的环形外部油通道，其中所述冷却通道的底面由所述下冠部的底板形成；以及

形成通过所述底板的进油口和出油口，在形成所述进油口时，同时形成开口并使所述底板的材料从所述底板向上移位，其中所述移位的材料形成竖直环形凸起。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在形成所述进油口时硬化所述凸起的材料。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括形成所述凸起，使得所述凸起的高度是紧邻所述凸起的底板厚度的约1/2倍至3倍。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述凸起形成为从所述底板延伸到自由端，并且形成所述凸起，使得所述凸起具有紧邻所述底板的第一壁厚和紧邻所述自由端的第二壁厚，并且将所述第一厚度形成为大于所述第二厚度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述壁厚形成为从所述底板到所述自由端连续地减小。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用成形钻孔工艺形成所述凸起。