具有冷却通道的钢活塞及其制造方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及内燃机，更具体地涉及活塞及其制造方法。
技术介绍
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。根据本专利技术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。
技术实现思路
根据本专利技术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。根据本专利技术的一个方面，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ro ;其中，D约为103mm，CH约为40mm，并且CH/PH的比值约为2/3。根据本专利技术的另一个方面，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。根据本专利技术的另一个方面，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。 根据本专利技术的另一个方面，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ro以及从销孔轴至活塞的顶面所测得的距离一压缩高度CH ;其中CH在ro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，本专利技术的这些和其它方面、特征和优点将更易于理解，其中:图1是根据本专利技术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是根据本专利技术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是根据本专利技术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是本专利技术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示出了根据本专利技术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的本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.20 US 13/112,7721.一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ro ；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗罗林·马斯喀特，
申请(专利权)人：费德罗莫格尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US