[发明专利]整体式无通道活塞及其构造方法

说明书

提供了一种用于内燃机的无通道钢制活塞。活塞具有整体式活塞体，该活塞体包括形成具有第一部分和第二部分的上燃烧表面的上壁。第一部分沿着上壁的外周环形地延伸，并且第二部分限定燃烧碗。活塞还包括位于燃烧碗正对面的顶部底表面，其具有允许接触冷却油的暴露的二维表面积。暴露的二维表面积在由活塞体的最大外径限定的横截面积的25％至60％的范围内。为了进一步加强冷却，顶部底表面的一部分是凹的或凸的，从而在活塞从活塞的一侧往活塞的另一侧复运动时引导油。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国发明专利申请序列号14/988,885的权益，在此通过引用将其整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及内燃机，并且更具体地涉及其活塞。

背景技术

发动机制造商遇到了日益增长的提高发动机效率和性能的需求，包括但不限于改善燃料经济性、减少油耗、改进燃料系统、增加缸膛内的压缩载荷和工作温度、减少通过活塞的热损失、改善零部件的润滑、降低发动机重量并使发动机更紧凑，同时降低与制造相关的成本。

虽然希望增加燃烧室内的压缩载荷和工作温度，但仍然需要将活塞的温度保持在可工作的限度内。因此，尽管希望增加燃烧室内的压缩载荷和工作温度，但是实现这一目标需要进行权衡，因为这些希望的“增加”限制了活塞压缩高度以及整体活塞尺寸和质量可以降低的程度。这对于具有封闭或部分封闭的冷却通道(cooling gallery)的典型活塞结构以降低活塞的工作温度来说尤其麻烦。由于用于将上部和下部结合在一起的连接过程，制造具有沿着结合接头把上部和下部的连接在一起以形成封闭或部分封闭的冷却通道的活塞的成本通常增加。此外，发动机重量可以降低的程度受到用钢制造上述“含冷却通道”活塞的需求的影响，因此它们能够承受施加在活塞上的机械载荷和热载荷的增加。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种用于内燃机的活塞，其设计成改善发动机效率和性能。活塞没有沿着顶部底表面的冷却通道，因此相对于已知的活塞构造具有减轻的重量和相关的成本，但仍提供了特殊的冷却以将活塞的温度维持在可工作的限度内。活塞包括沿中心纵向轴线延伸的活塞体。活塞体具有形成上燃烧表面的上壁和从上燃烧表面悬垂的环形带。上燃烧表面具有第一部分和第二部分，第一部分沿着上壁的外周环形地延伸，并且第二部分形成从第一部分径向向内悬垂的燃烧碗。活塞体还包括一对从环形带悬垂的裙板，以及一对通过裙板彼此间隔开的销座，从而提供一对横向间隔开的销孔。顶部底表面形成在上壁的下侧上并且位于环形带的径向内侧与上燃烧表面的第二部分相对。当沿着中心纵向轴线观察时，顶部底表面具有暴露的二维表面积，其范围为由活塞体的最大外径限定的横截面积的25％至60％之间。

本发明的另一方面提供了一种构造活塞的方法，该活塞没有沿着顶部底表面的冷却通道。该方法包括通过机械加工、锻造和铸造中的至少一种形成沿着中心纵向轴线延伸的活塞体。活塞体具有形成上燃烧表面的上壁和从上燃烧表面悬垂的环形带。上燃烧表面具有第一部分和第二部分，第一部分沿着上壁的外周环形地延伸，并且第二部分形成从第一部分径向向内悬垂的燃烧碗。活塞体还包括一对从环形带悬垂的裙板，以及一对通过裙板彼此间隔开的销座，从而提供一对横向间隔开的销孔。顶部底表面形成在上壁的下侧上并且位于环形带的径向内侧与上燃烧表面的第二部分相对。当沿着中心纵向轴线观察时，顶部底表面具有暴露的二维表面积，其范围为由活塞体的最大外径限定的横截面积的25％至60％之间。

附图说明

当结合以下对当前优选实施例和最佳模式，所附权利要求和附图的详细描述来考虑时，本发明的这些和其他方面、特征和优点将变得更容易理解，其中：

图1是根据本发明的示例性实施例构造的活塞的仰视透视图，其中活塞包括沿着顶部底表面的凹入部分；

图2是根据本发明的一个实施例大致横向于活塞的销孔轴线截取的横截面图；

图3是根据本发明的另一示例性实施例构造的活塞的仰视透视图；