[发明专利]连接到凹穴的无通道活塞

说明书

提供一种活塞无通道活塞，其能够实现改进的热效率、燃料消耗和发动机性能。活塞包括从活塞下侧暴露的顶部底面表面、环形带、活塞销凸台以及通过支柱连接到活塞销凸台的一对裙板。活塞包括内部顶部底面区域，该内部顶部底面区域沿着顶部底面表面延伸并且由裙板、支柱和活塞销凸台所围绕。活塞还包括一对沿着顶部底面表面延伸的外部凹穴，每个外部凹穴由环形带的一部分、活塞销凸台中的一个以及将一个活塞销凸台连接到裙板的支柱所围绕。每个活塞销凸台包括从内部顶部底面区域延伸到外部凹穴中的一个的开口，用于输送冷却油。开口位于相关的活塞销凸台的销孔和顶部底面表面之间。

相关申请的交叉引用

本美国发明专利申请要求2016年3月1日提交的美国临时申请专利号62/302,040和2017年2月24日提交的美国发明专利申请号15/441,659的优先权，其全部内容在此通过引用整体而并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于内燃机的活塞，以及制造该活塞的方法。

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、降低发动机重量并将发动机制造得更紧凑、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。而且，实现压缩载荷和工作温度的增加需要进行权衡，因为这些希望的“增加”限制了活塞压缩高度以及因此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的典型活塞结构来说，降低活塞的工作温度尤其麻烦。由于用于将上部和下部部件结合在一起的连接工艺，制造具有沿着结合接头连接在一起以形成封闭或部分封闭的冷却通道的上部和下部部件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需要用钢制造上述“含冷却通道(cooling gallery-containing)”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。

最近，已经开发出没有冷却通道的单件式钢制活塞，并且可以将其称为“无通道”活塞。这种活塞可减轻重量，降低制造成本并降低压缩高度。无通道活塞由冷却油喷嘴喷雾冷却，轻微喷涂仅用于润滑，或者不喷洒任何油。由于没有冷却通道，这种活塞通常比具有传统冷却通道的活塞承受更高的温度。高温会导致钢制活塞的上部燃烧表面氧化或过热，这随后会导致连续的活塞破裂并可能导致发动机故障。高温还会导致沿着活塞的顶部底面区域的油降解，例如在喷射冷却或润滑油的燃烧碗下面。由于高温引起的另一个潜在问题是冷却油可以在冷却或润滑油与活塞顶部底面接触的区域中产生厚的碳层。该碳层可能导致活塞过热而可能发生破裂和发动机故障。

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，其能够提供改进的热效率、燃料消耗和发动机性能。活塞包括上壁，该上壁包括从活塞下侧暴露的顶部底面表面。活塞还包括环形带，环形带从上壁悬垂并围绕活塞的中心轴线周向延伸。一对活塞销凸台从上壁悬垂，并且一对裙板从环形带悬垂并通过支柱连接到活塞销凸台。内部顶部底面区域沿着顶部底面表面延伸并且由裙板、支柱和活塞销凸台围绕。一对外部凹穴沿着顶部底面表面延伸，并且每个外部凹穴由活塞销凸台中的一个、环形带的一部分以及将一个活塞销凸台连接到相邻裙板的支柱所围绕。活塞还包括开口，该开口通过活塞销凸台中的一个从内部顶部底面区域延伸到外部凹穴中的一个。

本发明的另一方面提供一种制造活塞的方法。该方法包括提供包括上壁的主体，上壁包括从活塞的下侧暴露的顶部底面表面，环形带从上壁悬垂并围绕活塞的中心轴线周向延伸，一对活塞销凸台从上壁悬垂，一对裙板从环形带悬垂并通过支柱连接到活塞销凸台，内部顶部底面区域沿着顶部底面表面延伸并且由裙板、支柱和活塞销凸台围绕，一对外部凹穴沿着顶部底面表面延伸，每个外部凹穴由活塞销凸台中的一个、环形带的一部分以及将一个活塞销凸台连接到相邻裙板的支柱所围绕。该方法还包括形成开口，该开口通过活塞销凸台中的一个从内部顶部底面区域延伸到外部凹穴中的一个。