合并有热管技术的零油冷却（ZOC）活塞的设计制造技术

本发明专利技术提供了一种用于重载柴油发动机的钢活塞，其被设计成具有提高绝热性、减轻重量并且在不损失功率密度的情况下改进被动式冷却的特征。所述活塞包括从冠部纵向延伸到下端的一对裙壁。所述裙壁包括从冠部轴向延伸到裙壁的下端的多个吸热阱。每一个吸热阱至少部分地填充有冷却介质并且被密封。所述活塞还包括多个肋条，所述多个肋条分别与其中一个吸热阱径向对准，并且从裙壁的内表面处的第一肋条末端向内并且向上延伸到冠部的内表面处的第二肋条末端。

Design of zero oil cooled (ZOC) piston incorporating heat pipe technology

The invention provides a steel piston for a heavy load diesel engine, which is designed to improve the thermal insulation, reduce weight and improve passive cooling without loss of power density. The piston includes a pair of skirt walls extending longitudinally from the crown to the lower end. The skirt wall includes a plurality of endothermic traps extending from the crown to the lower end of the skirt wall. Each heat sink is at least partially filled with cooling medium and sealed. The piston also includes a plurality of ribs, the multiple ribs are aligned with one of the endothermic wells respectively, and the ends of the first rib at the inner surface of the skirt wall are inward and extended upwards to the end of the second ribs at the inner surface of the crown.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】合并有热管技术的零油冷却（ZOC）活塞的设计相关申请的交叉引用本美国专利申请要求通过引用的方式被全文合并在本申请中的2015年4月9日提交的美国技术专利申请号14/682,649的权益。
本申请总体上涉及用于内燃发动机的活塞及其制造方法。
技术介绍
使用在内燃发动机中的活塞(比如重载钢制柴油机活塞)在操作期间被暴露于极高的温度，例如高达400℃的表面温度。为了节制温度，所述活塞通常被设计成在冠部下方具有冷却油腔(coolinggallery)，随着活塞沿着发动机的汽缸内径(cylinderbore)往复运动，冷却油被喷洒到冷却油腔中。随着活塞往复运动，油沿着冠部的内表面泼溅，从而使得热量从冠部朝向活塞的更加冷却的部分耗散并且最终耗散到油槽存油(sumpoil)。但是为了在操作期间有效地控制活塞温度，必须使用润滑油泵不断地保持油的高流量，而润滑油泵常常尺寸过大并且会导致寄生损失。由于所生成的能量的近似40％在未经使用的情况下离开发动机，20％被废弃到冷却系统，并且仅有大约40％被留下以在曲轴末端生成有效功率，因此可以改进重载柴油发动机的能量效率。已经作出了许多努力以改进燃料经济性并且最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活塞，包括：沿着中心轴从上端延伸到下端的由金属材料形成的主体，所述主体呈现出外表面和内表面；所述主体包括在所述上端处具有上壁的冠部；所述主体包括从所述冠部纵向延伸到所述下端的裙壁，所述裙壁和所述冠部的所述上壁定义从所述上壁朝向所述裙壁的所述下端轴向延伸的多个吸热阱，每一个所述吸热阱至少部分地填充有冷却介质并且被所述裙壁和所述冠部的所述上壁以及所述裙壁的所述下端处的下壁密封；并且所述主体包括多个肋条，每个肋条分别从所述裙壁的所述内表面处的第一肋条末端径向向内延伸到所述上壁的所述内表面处的第二肋条末端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.09 US 14/682,6491.一种活塞，包括：沿着中心轴从上端延伸到下端的由金属材料形成的主体，所述主体呈现出外表面和内表面；所述主体包括在所述上端处具有上壁的冠部；所述主体包括从所述冠部纵向延伸到所述下端的裙壁，所述裙壁和所述冠部的所述上壁定义从所述上壁朝向所述裙壁的所述下端轴向延伸的多个吸热阱，每一个所述吸热阱至少部分地填充有冷却介质并且被所述裙壁和所述冠部的所述上壁以及所述裙壁的所述下端处的下壁密封；并且所述主体包括多个肋条，每个肋条分别从所述裙壁的所述内表面处的第一肋条末端径向向内延伸到所述上壁的所述内表面处的第二肋条末端。2.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述吸热阱通过所述裙壁的一部分在圆周上彼此间隔开，每一个肋条与其中一个所述吸热阱径向对准并且邻近所述径向对准的吸热阱从所述内表面径向向内延伸。3.根据权利要求2所述的活塞，其中，每一个肋条沿着所述上壁的所述内表面呈现出所述吸热阱的扩大部分并且通过空隙与邻近肋条间隔开。4.根据权利要求2所述的活塞，其中，每一个吸热阱呈现出垂直于所述中心轴延伸的阱宽度，每一个肋条呈现出平行于所述中心轴延伸的肋条宽度并且是所述邻近吸热阱的所述阱宽度的0.5到1.5倍。5.根据权利要求1所述的活塞，其中，至少部分地填充所述裙壁的所述吸热阱的所述冷却介质是从以下各项当中选择的：油、液体冷却剂、钠(Na)、钠钾合金(NaK)以及由铜(Cu)形成的管。6.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述主体呈现出从所述上端延伸到所述下端的活塞高度，沿着所述裙壁的所述外表面呈现出延伸穿过并且垂直于所述中心轴的活塞直径，所述活塞长度和所述活塞直径定义等于所述活塞高度除以所述活塞直径的K因数，并且所述K因数处于1.1到1.6的范围内。7.根据权利要求1所述的活塞，其中，背对所述中心轴的所述冠部的所述外表面包括围绕所述中心轴在圆周上延伸的多个环槽以用于保持多个活塞环。8.根据权利要求7所述的活塞，包括被布置在其中一个所述环槽中的具有L形剖面的活塞环，所述活塞环具有与所述上端处的所述上壁的所述外表面对准的最上方表面，以及被布置成与背对所述中心轴的所述冠部的所述外表面平行的最外侧表面。9.根据权利要求7所述的活塞，其中，所述冠部和所述裙壁的至少其中之一呈现出沿着或邻近至少其中一个所述环槽布置的至少一个油开口，所述至少一个油开口从所述外表面径向延伸到所述内表面以用于向所述内表面递送油。10.根据权利要求9所述的活塞，其中，所述主体包括从所述至少一个油开口轴向下方的所述内表面处的第一托盘末段径向向内延伸到第二托盘末端的用于收集油的托盘，所述第二托盘末端是与所述中心轴径向间隔开的远端。11.根据权利要求1所述的活塞，包括被施加到所述上端处的所述上壁的所述外表面的热屏障涂层，所述热屏障涂层具有0.1mm到1.0mm的厚度，并且所述热屏障涂层包括部分稳定氧化锆(PSZ)。12.根据权利要求1所述的活塞，其中，主体的金属材料是钢。13.一种活塞，包括：围绕中心轴在圆周上延伸并且沿着所述中心轴从上端纵向延伸到下端的由金属材料形成的主体，所述主体定义从所述上端延伸到所述下端的活塞高度；所述主体呈现出外表面和朝向相对的内表面，所述外表面呈现出延伸穿过并且垂直于所述中心轴的活塞直径；所述活塞长度和所述活塞直径定义K因数，所述K因数等于所述活塞高度除以所述活塞直径，所述K因数处于1.1到1.6的范围内；所述主体包括所述上端处的冠部；所述冠部包括用于朝向燃烧室的所述上端处的上壁，所述上壁的所述外表面包括所述中心轴处的顶点以及围绕所述顶点的碗状配置；被施加到所述上壁的所述外表面的热屏障涂层，所述热屏障涂层具有0.1mm到1.0mm的厚度，并且所述热屏障涂层包括部分稳定氧化锆(PSZ)；背对所述中心轴的所述冠部的所述外表面包括围绕所述中心轴在圆周上延伸的多个环槽以用于保持多个活塞环；所述环槽包括顶部环槽和底部环槽，所述顶部环槽被布置在所述上壁的所述顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿泽维多·米格尔，
申请(专利权)人：费德罗莫格尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US