[发明专利]具有局部填充含导热金属组合物的冷却通道的活塞

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月2日提交的第61/721,682号美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明主要涉及用于内燃机的活塞，以及用于制造该活塞的方法。

背景技术

用于内燃机中的活塞(例如重型柴油机活塞)在运行过程中通常曝露在极其高的温度下，尤其是沿着活塞的上冠部曝露在极其高的温度下。因此，为了调节温度，活塞通常设计具有位于上冠部下方的冷却通道，而且当活塞沿着发动机的缸膛往复运动时，在该冷却通道内喷入有冷却油。该油沿着上冠部的内表面流动，并为上冠部散热。然而，为了在运行过程中控制活塞温度，必须不断保持油的高流量。另外，由于内燃机的高温使得油会随着时间而逐步降解，因此，必须定期更换油以维持发动机的寿命。

发明内容

本发明一方面提供了一种用于内燃机的活塞。该活塞包括一由金属材料制成的本体部。该本体部包括一上冠部以及一沿至少部分上冠部延伸的密封的冷却通道。一含金属组合物设置在密封的冷却通道中。该含金属组合物包括一基材以及多个金属颗粒，该基材的熔点低于181℃，该金属颗粒的导热系数大于基材的导热系数。

本发明的另一方面提供了一种制造用于内燃机的活塞的方法。该方法包括以下步骤：将含金属组合物注入冷却通道内；以及密封该冷却通道。

在高温运行过程中，含金属组合物流遍密封的冷却通道。通常，基材是液态的，并且沿着上冠部的内表面运载固态的金属颗粒，以去除上冠部内表面的热量。在发动机的使用寿命中，含金属组合物不会因为高温而降解，也不会发生冷却通道焦化的情况。该含金属组合物起到冷却剂的作用，并且从该含金属组合物中获得的较高的传热速率阻止了氧化以及随之而来的侵蚀现象的发生。另外，该含金属组合物能够重新分布热流，从而减少了沿着上冠部外表面的积碳，并且还能够减少沿着上冠部外表面所使用的任何润滑油的降解。该含金属组合物所带来的优点还可以延长发动机的保养周期之间的时间间隔。

除上述以外，这种冷却方法可以用于特殊需要，甚至可以有意引起沿着活塞顶部的均匀的较高温度。这将有利地影响发动机的热动态，并且在废气中提供额外的热量以被其他电器使用。

附图说明

参考下面具体描述并结合附图进行考虑，本发明的其它优点将容易领会，同时能被更好地理解，其中：

图1是根据本发明一个典型实施例的活塞的侧剖视图。

具体实施方式

请参阅附图，其中，各个附图中相同的附图标记标示相应的部分，图1主要示出了典型的用于内燃机的活塞20。该活塞20包括密封的冷却通道22，其部分填有具有高导热系数的含金属组合物24。该含金属组合物24通常包括散布在硅油或其他同样高温稳定的液相中的铜或铝颗粒的悬浮物。在另一个实施例中，该含金属组合物24包括多种金属的混合物，例如遍布于一种或多种碱金属中的铜颗粒。

图1的典型的活塞20为重型柴油机活塞，其设置在内燃机的缸膛内。然而，任何其他形式的活塞也可以在冷却通道22中采用含金属组合物24。如图1所示，该活塞20包括本体部26，其围绕中心轴A周向延伸并从上端28沿该中心轴A纵向延伸至下端30。本体部26由金属材料制成，例如钢、铝或它们的合金。在该典型实施例中，本体部26包括上冠部32、下冠部34、一对销座36以及裙部38。

活塞20的上冠部32包括外表面40和相对而置的内表面42。上冠部32的外表面40在上端28处具有碗形结构，在运行过程中，该碗形结构直接曝露于缸膛中的热燃烧气体。冷却通道22沿上冠部32的至少部分内表面42延伸，并与碗形结构相对，从而使得容纳在该冷却通道中的含金属组合物24在运行过程中可以驱散热的碗形结构上的热量。在该典型的实施例中，密封的冷却通道22在上冠部32的碗边缘70下方围绕中心轴A周向延伸。