CN110869602A - 具有冷却通道插入件的活塞 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的活塞，具有下活塞部分以及上活塞部分，所述上活塞部分通过焊接连接所述下活塞部分以共同形成具有内和外周向壁的周向冷却通道。焊接处理形成在内和外周向壁上向外卷曲的焊接接缝，插入件布置在周向冷却通道中，插入件在焊接上和下活塞部分之前放置在冷却通道中，并且通过至少一个焊接接缝被夹紧在适当位置。这种方式无需采取额外的制造或步骤来将插入件稳固地保持着在冷却通道中适当位置。

Description

具有冷却通道插入件的活塞

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的活塞，具有围绕燃烧室的闭合的冷却通道。尤其，本发明涉及一种具有放置在冷却油腔(cooling gallery)中的铝插入件的活塞。该插入件在将两个活塞部件焊接在一起之前放置在油腔中，并且通过产生的焊接卷边被保持在适当位置。

背景技术

公知的是，将插入件放置进冷却油腔以帮助直接引导冷却油的流动或者作为散热器来改善活塞内的热传递。这些插入件需要被保持在冷却油腔中的适当位置，一般是通过机械器件，诸如闩或者螺栓，或者是通过张力。

Wirkkala II等人的美国专利9,228,480公开了一种在冷却油腔中具有插入件的活塞。该插入件放置在被闭合元件闭合的开放式冷却油腔中。

美国专利申请公开No.2016/0222912A1至Ni公开了一种在冷却油腔中具有插入件的活塞。该插入件呈环的形式，并且通过将张力施加在冷却油腔的内壁上的环被保持在冷却油腔的顶部。

期望构建一种插入件，其能够采用许多不同形式，能够被使用在完全闭合的冷却油腔中，被可靠地放置于适当位置而无需任何额外步骤或者材料。

发明内容

本发明由用于内燃机的活塞实现，该活塞具有下方活塞部分和上方活塞部分，上方活塞部分通过焊接连接下方活塞部分以共同形成具有内和外周向壁的周向冷却通道。焊接处理形成在内和外周向壁上向外卷曲的焊接接缝。

插入件布置在周向冷却通道中。插入件在焊接上和下活塞部分之前放置在冷却通道中，并且通过突出至冷却通道的至少一个焊接接缝被夹紧在适当位置。该方式无需添加额外制造或者步骤来将插入件可靠地保持在冷却通道中的适当位置。

插入件优选围绕冷却通道的整个圆周延伸，能够在整个其圆周采用各种不同的几何形状。插入件构建的该方式对活塞的温度调节具有最大影响。插入件能够由铝或者具有高于活塞材料的导热系数的任何其他适当的材料形成。

在一个实施例中，插入件通过内焊接接缝被保持在适当位置。插入件置于冷却通道的底部上，焊接接缝突起至冷却通道防止插入件的任何轴向移动。活塞的焊接接缝能够彼此径向偏离，使得在冷却通道的外壁上的焊接接缝定位得高于在冷却通道的内壁上的焊接接缝。

插入件的各种几何形状能够围绕活塞的圆周基于不同的冷却需要来构建。在一个实施例中，插入件的至少一部分能够具有L形截面。L形的垂直部分邻接冷却通道的外壁，而L形的水平部分固定在冷却通道的内壁的焊接接缝下面。该几何形状允许插入件作为散热片操作，同时改善了在冷却通道中从活塞至冷却油的热传递，还优化了冷却通道所需的振荡器体积。

在另一实施例中或者在相同插入件的另一部分中，插入件能够构建有延伸通过其的至少一个垂直镗孔，以形成竖管构造。插入件在该区域中仍具有能够被焊接接缝夹紧的水平段。

在另一实施例中，插入件具有形成在其顶部表面上的大致半圆形通道。该勺子状的构造将朝向冷却通道的顶部引导冷却油，用于改善在操作期间活塞的冷却。该几何形状能够始终位于插入件周围，或者能够结合其他几何形状，诸如以上以及以下讨论的。在又一实施例中，插入件具有向上延伸至冷却通道的至少一个油斜坡。该油斜坡也对角地延伸，用作将油引导至冷却通道而用于进一步改善专利的冷却。

本发明还涉及一种用于制造上述活塞的方法。

在该方法中，上活塞部分和下活塞部分通过铸造或者锻造单独形成。上活塞部分具有活塞顶、外周向壁和内周向壁，外周向壁和内周向壁都从活塞顶延伸向下。下活塞部分包括销座和活塞裙以及向上延伸的内和外周向壁。具有若干环形凹槽的环槽镶座能够形成在上和下活塞部分的外周向壁中。虽然部分是单独的，但是插入件放置至下活塞部分的内和外周向壁之间的冷却油腔底部。

此后，上活塞部分的外和内周向壁通过焊接连接至下活塞部分的外和内周向壁，在焊接接缝处形成焊珠并且形成闭合的周向冷却油腔，插入件布置在周向冷却油腔中。

随着焊珠形成在插入件的边缘，插入件通过至少一个焊珠被保持在适当位置，并且将其保持在适当位置而抵抗任何轴向运动。插入件优选围绕活塞的整个圆周延伸。

优选地，上和下活塞部分通过摩擦焊接而连接。但是，还可以使用其他方法。

在焊接之后，活塞能够通过机加工环形凹槽以及在铸造或者锻造处理期间还未形成的其他特征完成。

附图说明

本发明的其他目的和特征将从连同附图考虑的以下详细说明而变得显而易见。但是，要理解的是，附图被设计为仅是示意性的，而且不是对本发明的限制的定义。

在附图中，其中，在若干视图中，相似参考标记指代相似元件：

图1示出了在焊接两个活塞部分之前根据本发明的活塞的截面图，插入件放置在冷却通道中。

图2示出了根据本发明的插入件已经在冷却通道中的完成的活塞的截面图，具有两个不同截面图；以及

图3示出了根据本发明的完成的活塞的另一截面图，具有插入件，具有两个不同的截面。

具体实施方式

现在参考附图，图1示出了根据本发明的活塞100。活塞100由上部分10和下部分20组成。上部分10具有带燃烧碗12的活塞顶11、内周向壁13以及外周向壁14。冷却通道30的上部分形成在内周向壁13和外周向壁14之间。

活塞下部分20由裙部21、销座22以及内周向壁24以及外周向壁25组成。冷却通道30的下部分形成在内周向壁24和外周向壁25之间。插入件31放置在下活塞部分20的冷却通道30的下部分中。插入件31整个围绕活塞100的圆周延伸并且由具有比活塞本身的热系数高的材料形成。例如，如果活塞由铁或者钢制成，插入件可以由铝制成。

一旦插入件31放置进下活塞部分20，上和下活塞部分使用任何适当的焊接方法，诸如摩擦焊接被焊接在一起。

完全焊接的活塞100示出在图2和图3中。一旦焊接，完成的活塞100包含闭合的周向冷却通道30，在最终机加工之后包含环槽镶座(ring carrier)36。图2和图3示出了根据本发明的活塞100，具有四个不同的插入件形状31a、31b、31c和31d。插入件31能够在插入件的整个完整圆周具有相同形状，或者形状能够在整个圆周改变。此处示出的形状不是必须以示出的方式结合，而是能够单独使用或者与示出的其他性质结合。

在焊接处理期间，焊珠41形成在外周向壁14、25之间的焊接接缝40处，焊珠42形成在内周向壁13、24之间的焊接接缝43处。如图2和图3可见的，焊珠42直接形成在插入件31的内部分的顶部，本质上将它们夹紧在冷却通道30内的适当位置，使得防止插入件31的任何轴向运动。

通过该处理，不需要额外方法或者设备来确保插入件在冷却通道内。本发明提供了简单、廉价的方式来提供具有可靠地保持在冷却通道内的冷却通道插入件的活塞。

如图2和图3所示，插入件31能够采用各种几何形状31a、31b、31c和31d。在几何形状31a中，插入件能够采用在冷却通道30内形成散热片的基本板材金属结构。插入件的尺寸能够被构建以优化冷却通道内的振荡器体积。

几何形状31b包括从插入件31向上延伸的油斜坡32。该油斜坡能够将冷却油引导至冷却通道的期望部分以优化热传递。几何形状31c包括呈勺子形式的集成护罩33，其还用作引导冷却油以便最大化热传递。在几何形状31d中，示出了竖管结构，具有穿过插入件31的镗孔34。在该几何形状中，插入件通常具有位于活塞的相对两侧上的两个镗孔。油能够通过镗孔排空。在插入件31的每个几何形状中，插入件具有延伸在焊珠42下面的唇缘36，并且其通过焊珠42夹紧在适当位置。在该实施例中，焊接接缝40和43定位成垂直地彼此偏离，焊接接缝43位于更靠近冷却通道30的底部处。但是，活塞能够构建为具有任何布置的焊接接缝，只要其中的一个焊珠在焊接之后定位成夹紧插入件在适当位置即可。例如，在可替换布置中，外焊珠41能够将插入件31夹紧在适当位置。

因此，虽然仅示出和描述了本发明的几个实施例，但是显而易见的是，可以对其进行许多改变，这并不超出本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种用于内燃机的活塞，包括：

下活塞部分；以及

上活塞部分，其通过焊接连接所述下活塞部分以共同形成具有内周向壁和外周向壁的周向冷却通道，所述上活塞部分具有设置有环形凹槽的周向环带，其中，所述内周向壁具有内焊接接缝，所述外周向壁具有外焊接接缝，每个焊接接缝具有从其突出的焊珠；以及

插入件，其布置在所述周向冷却通道中，所述插入件在焊接上活塞部分和下活塞部分之前放置在所述冷却通道中，并且通过至少一个焊珠被保持在适当位置。

2.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述插入件由铝形成。

3.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述插入件围绕所述冷却通道的整个圆周延伸。

4.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述插入件通过所述内焊接接缝被保持在适当位置。

5.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述插入件具有L形截面。

6.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述插入件构造为具有至少一个延伸通过其的垂直镗孔。

7.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述插入件具有形成在其顶部表面上的通道。

8.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述插入件具有至少一个向上延伸至所述冷却通道中的油斜坡。

9.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述插入件的截面的形状在所述插入件的圆周中变化。

10.一种用于制造活塞的方法，包括：

形成上活塞部分，其具有活塞顶、外周向壁以及内周向壁；

形成下活塞部分，其具有裙和销座、外周向壁以及内周向壁，以及所述外周向壁和所述内周向壁之间的冷却通道底部；

将插入件放置进所述冷却通道底部；

此后通过焊接将所述上活塞部分的外周向壁和内周向壁连接至所述下活塞部分的外周向壁和内周向壁，在焊接接缝处形成焊珠，并且形成闭合的周向冷却通道，插入件布置在所述周向冷却通道中；

其中，所述插入件通过至少一个焊珠被保持在适当位置。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，上活塞部分和下活塞部分通过摩擦焊接连接。

12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在连接步骤之后通过机加工完成所述活塞。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述插入件围绕所述冷却通道的整个圆周延伸。

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