专利名称：活塞组合件的制作方法
技术领域：
本发明揭示了一种示范性活塞组合件以及其制造方法。
背景技术：
内燃机的动力缸组合件一般包括安置于发动机机体的圆柱形空腔内的往复式活塞。圆柱形空腔的一端可以是封闭的，而圆柱形空腔的另一端可以是打开的。圆柱形空腔的封闭端以及活塞的上部部分或顶限定了燃烧室。圆柱形空腔的打开端准许连接杆进行振 荡运动，所述连接杆将活塞的下部部分连结到曲柄轴，所述曲柄轴部分地浸在油池中。曲柄轴将活塞的线性运动(由燃烧室中燃料的燃烧产生)转换成旋转运动。摩擦损失降低了动力缸的总体效率。例如，活塞与圆柱形空腔之间的摩擦减少了从吸入气体的燃烧转移给动力缸的输出轴的动力的量。因此，必须使摩擦降至最少以便使总体发动机效率增至最大，例如通过使活塞的重量降至最低、增加汽缸孔四周的润滑，和/或增加燃烧温度和压力。另外，制造商一直在设法增加生产灵活性以及降低制造成本。因此，由于与发动机操作相关联的这些重量减少、压力和温度增加，以及为了简化活塞组合件以提高制造效率所做的努力，发动机，并且尤其是活塞，所受应力增加。因此，活塞冷却越来越重要，以便耐受在发动机的使用期限内此类操作条件下增加的应力。为了降低活塞组件的操作温度，可以环绕活塞的周边来设置冷却油道。可以将曲柄箱油引入到冷却油道中，并且所述曲柄箱油可以通过活塞的往复运动而环绕冷却油道分布，由此降低活塞的操作温度。然而，设置了冷却油道也可能增加制造复杂性。因此，需要一种活塞，所述活塞将制造复杂性降至最低，同时减少与活塞在发动机孔内的运动相关联的摩擦损失并且还允许适当的冷却(例如，通过设置冷却油道)。
发明内容
I. 一种活塞组合件，包括活塞顶，所述活塞顶包括至少部分地限定了冷却油道的带环部分，所述顶包括径向内和外顶配合表面；以及活塞裙，所述活塞裙收纳在所述顶的中央开口中，使得所述顶和裙协作以形成上部燃烧碗表面，所述裙包括沿着径向内界面区与所述径向内顶配合表面抵靠的径向内裙配合表面，所述裙包括沿着径向外界面区与所述径向外顶配合表面抵靠的径向外裙配合表面，使得所述冷却油道实质上被封闭了。2.根据I所述的活塞组合件，其中所述内和外顶配合表面和所述内和外裙配合表面中的每个表面都环绕所述顶和裙的实质上整个圆周来延伸。
3.根据I所述的活塞组合件，其中所述顶包括邻近所述顶和裙的所述径向内配合表面绕着所述中央开口延伸的紧固凸缘，其中所述紧固凸缘的纵向高度小于所述紧固凸缘的径向范围，所述紧固凸缘的所述径向范围接触所述裙。4.根据I所述的活塞组合件，其中所述顶和裙是通过所述径向内界面区而固定地紧固到一起，所述径向内界面区包括了所述顶和裙的所述径向内配合表面。5.根据4所述的活塞组合件，其中所述顶和裙是沿着所述顶和裙的所述径向内配合表面而焊接到一起。6.根据4所述的活塞组合件，其中所述顶和裙是沿着所述顶和裙的所述径向外配合表面而固定地紧固到一起。7.根据I所述的活塞组合件，其中所述活塞裙限定了从冷却油道表面延伸到所述活塞组合件的外表面的至少一个通路，所述冷却油道表面至少部分地限定了所述冷却油
道。 8.根据7所述的活塞组合件，其中所述外表面经配置以在发动机操作期间沿着汽缸孔表面滑动。9.根据7所述的活塞组合件，其中所述活塞组合件的所述外表面远离所述活塞裙的径向外表面隔开，使得所述裙限定了凹穴。10.根据I所述的活塞组合件，其中所述顶限定了所述燃烧碗表面的径向外部部分，而所述裙限定了所述燃烧碗表面的径向内部部分。11. 一种方法，包括提供活塞顶，所述活塞顶包括至少部分地限定了冷却油道的带环部分，所述活塞顶包括径向内和外顶配合表面；将活塞裙收纳在所述顶的中央开口中，使得所述顶和裙协作以形成连续的上部燃烧碗表面，所述上部燃烧碗表面具有由所述裙限定的径向内部部分以及由所述顶限定的径向外部部分，所述活塞裙包括了径向内和外裙配合表面；以及沿着所述裙和顶的所述对应的径向内和外配合表面将所述裙抵靠到所述顶上，使得所述裙和顶沿着包括了所述顶和裙的所述径向内配合表面的径向内界面区抵靠，并且所述裙和顶沿着包括了所述顶和裙的所述径向外配合表面的径向外界面区抵靠，所述裙由此大体上封闭了所述冷却油道。12.根据11所述的方法，进一步包括确定所述径向内和外顶配合表面中的每个表面以及所述内和外裙配合表面中的每个表面是分别环绕所述顶和裙的实质上整个圆周来延伸。13.根据11所述的方法，进一步包括确定所述顶是包括邻近所述顶和裙的所述径向内配合表面绕着所述中央开口延伸的紧固凸缘，所述紧固凸缘的纵向高度小于所述紧固凸缘的径向范围，所述紧固凸缘的所述径向范围接触所述裙。14.根据11所述的方法，进一步包括通过所述径向内界面区将所述顶和裙固定地紧固到一起，所述径向内界面区包括了所述顶和裙的所述径向内配合表面。15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述顶和裙固定地紧固到一起包括沿着所述顶和裙的所述径向内配合表面将所述顶和裙焊接到一起。16.根据15所述的方法，进一步包括确定将所述裙焊接到所述顶是将所述裙激光焊接到所述顶。17.根据16所述的方法，其中将所述裙激光焊接到所述顶包括相对于所述活塞大体上纵向地将焊接激光引导向所述顶和裙的所述径向内配合表面。18.根据14所述的方法，进一步包括沿着所述顶和裙的所述径向外配合表面将所述顶和裙固定地紧固到一起。19.根据11所述的方法，进一步包括在所述裙中形成至少一个通路，所述通路从冷却油道表面延伸到所述活塞组合件的外表面，所述冷却油道表面至少部分地限定了所述冷却油道。20.根据11所述的方法，进一步包括邻近所述顶和裙的所述径向内和外配合表面中的至少一个配合表面来形成焊接飞溅物陷阱；将所述径向内和外配合表面中的所述至少一个配合表面焊接到一起，由此将受热 材料引导到在与所述径向内和外配合表面中的所述至少一个配合表面相关联的焊缝的相反侧面上的所述焊接飞溅物陷阱中。
虽然权利要求书不限于所说明的实例，但是通过对各个方面的各种实例的论述可以最好地了解到各个方面。现在参看诸图，详细地示出了说明性实施例。尽管诸图呈现了实施例，但是诸图未必是按比例绘制的，并且某些特征可以被夸示，以更好地说明和解释实施例的创新方面。另外，本文所述的实施例无意是详尽的或否则限制于或约束于诸图中所示以及以下实施方式中所揭示的精确形式和配置。通过参看如下诸图来详细地描述本发明的示范性实施例图IA图示了示范性活塞组合件的部分剖视图；图IB图示了图IA的部分剖视图的放大部分；图2图示了活塞顶与裙之间的示范性焊接的剖视图；图3图示了示范性活塞的部分剖视图，所述示范性活塞具有在活塞冷却油道与活塞的裙外表面之间延伸的润滑油路；图4A是图3所示的示范性活塞的透视图；图4B是示范性活塞裙的剖视图，所述示范性活塞裙具有在活塞冷却油道表面与裙外表面之间延伸的通路；图4C是另一个示范性活塞裙的剖视图，所述示范性活塞裙具有在活塞冷却油道表面与裙外表面之间延伸的通路；图5是具有焊接飞溅物陷阱的示范性活塞组合件的剖面图；以及图6是制造活塞组合件的示范性方法的过程流程图。
具体实施例方式说明书中提及“示范性例示”、“实例”或类似语言表示结合示范性方法描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个例示中。在说明书各个位置出现短语“在一个例示中”或类似形式的语言未必全是指同一个例示或实例。本文中提供了活塞组合件的各种示范性例示,所述活塞组合件包括活塞顶以及活塞裙。顶可以包括至少部分地限定了冷却油道的带环部分以及径向内和外顶配合表面。裙可以收纳在顶的中央开口中，使得顶和裙协作以形成上部燃烧碗表面。裙也可以包括径向内和外裙配合表面，所述内和外裙配合表面分别与内和外顶配合表面抵靠，使得冷却油道大体上被裙封闭。制造活塞组合件的示范性方法可以包括提供活塞顶，所述活塞顶包括至少部分地限定了冷却油道的带环部分以及径向内和外顶配合表面。所述方法可以进一步包括将活塞裙收纳在顶的中央开口中，使得顶和裙协作以形成连续的上部燃烧碗表面。活塞裙可以包括径向内和外裙配合表面。所述方法可以进一步包括沿着裙和顶的对应的径向内和外配合表面将裙抵靠到顶上，裙由此大体上封闭了冷却油道。现在转到图1，图示了示范性活塞组合件100。活塞组合件100可以包括活塞顶102和活塞裙104，活塞裙104收纳在由顶102限定的中央开口 C中。活塞顶102可以包括燃烧碗120和带环部分106，带环部分106经配置以靠着收纳了活塞组合件100的发动机孔(未图示)来密封。例如，带环部分106可以限定一个或多个圆周凹槽107，圆周凹槽107收纳活塞环(未图示)，活塞环又在活塞组合件100在发动机孔内做往复运动期间靠着发动 机孔表面密封。活塞裙104 —般在发动机操作期间支撑顶102，例如通过与发动机孔(未图示)的表面对接以使活塞组合件100在孔内做往复运动期间保持稳定。例如，裙104可以具有外表面126，外表面126大体上限定了环绕活塞组合件100的周边的至少一部分的圆形外形。所述外形可以对应于发动机孔表面，发动机孔表面可以是大体上圆柱形的。在活塞在孔内往复移动时，圆形裙表面126—般可以沿着孔表面滑动。因此，裙外表面126可以经过纹理化，以促进与发动机孔表面对接的裙104表面之间的润滑和/或减少其间的摩擦。裙104也可以限定活塞销凸台105。活塞销凸台105—般可以形成有孔隙，所述孔隙经配置以收纳活塞销(未图示)。例如，活塞销可以插入穿过活塞销凸台105中的孔隙，由此大体上将裙104紧固到连接杆(未图示)。顶102的带环部分106可以至少部分地限定冷却油道108。冷却油道108大体上环绕活塞顶102的周边延伸，并且可以在操作期间使冷却剂(例如，机油)循环，由此降低活塞的操作温度。另外，冷却剂的循环可以促进在活塞100四周，并且尤其在活塞组合件100的上部部分(例如，顶102和燃烧碗120)中，维持更稳定或均匀的温度。冷却油道108可以大体上整个封闭在顶102内。例如，冷却油道108可以被裙104的上部部分140封闭。更具体地说，上部裙部分140可以形成冷却油道108的下边界，由此将冷却油道108封闭在顶102内，并且防止冷却剂自由地进入和流出冷却油道108。同时，也可以设置一个或多个孔隙142以允许油或其他冷却剂以可控方式离开冷却油道108到发动机(未图示)以及从发动机(未图示)进入冷却油道108，由此进一步降低和/或稳定与活塞100以及其组件相关联的操作温度。可以使用任何便利的方式将顶102和裙104紧固到彼此。在一个示范性例示中，顶102和裙104可以各自限定径向内和外配合表面110、111、114和115,这些配合表面各自分别环绕顶102和裙104的圆周的至少一部分延伸。更具体地说，顶102可以分别限定径向内和外顶配合表面110、111，所述表面大体上环绕顶102的外围延伸。裙104可以限定径向内和外裙配合表面114、115，所述表面也环绕活塞组合件100和/或裙104的周边延伸，并且大体上对应于顶配合表面110、114,如下文将进一步描述。如图IB中最好看出，径向内配合表面110、114可以大体上在径向内界面区190内抵靠，而径向外配合表面111、115可以大体上在径向外界面区192内抵靠。换句话说，径向内界面区190可以包括顶102和裙104各自的径向内配合表面110、114。另外，径向外界面区192可以包括顶102和裙104各自的径向外配合表面111、115。在顶102和裙104是固定地紧固的情况下，顶102和裙104可以经由界面区190、192这两个区中的一个区而紧固到彼此。顶配合表面110、111可以大体上限定平坦表面，至少如图IB中在截面中观看时是平坦的，所述平坦表面与活塞裙104的对应的径向内和外配合表面114、115对准。如下文将进一步描述，裙配合表面114、115和顶配合表面110、111可以各自大体上平行于另一个组件上的对应配合表面来对准，由此促进顶配合表面110、111分别与裙配合表面114、115的抵靠。一个或两个顶配合表面110、111可以使用任何便利的方式(例如，通过焊接操作或粘结，这只作为实例)紧固到其相应的裙配合表面114、115，由此将顶102与裙104紧固 到一起。裙104可以紧固到顶102，使得顶102和裙104协作以在活塞组合件100的燃烧碗区域120中形成连续的上部燃烧碗表面S。例如，对应的配合表面110与114可以在燃烧碗120内或附近交会，使得顶102限定了燃烧碗表面S的第一径向外部部分122，而裙104限定了燃烧碗表面S的径向内部部分124。燃烧碗表面S跨越裙104与顶102之间的界面可以是实质上平滑的，例如，使得表面S中的断裂和/或不连续降至最少。将此类断裂或不连续降至最少可以大体上减少在正常的长期操作期间顶102与裙104之间的界面沿着配合表面110和114出现的破裂或其他松散。因此，燃烧碗表面S中的任何缺陷或故障(例如，由于在使用活塞组合件100的发动机的操作期间出现的磨损)可以降至最少。例如，在形成活塞组合件100(例如，将顶102与裙104焊接)之前或之后，可以使用机械加工操作来减少燃烧碗表面S中的表面不规则性。活塞顶102和活塞裙104可以使用任何便利的方式来紧固或固定地连结到彼此，所述方式包括但不限于例如光束焊接、激光焊接、锡焊等焊接方法或例如粘结等非焊接方法，这些都只作为实例。在一个实例中，活塞顶与裙是使用焊接工艺(例如，激光焊接)来连结，所述焊接工艺允许焊接工具在以纵向定向对相关焊缝起作用的同时形成大体上平滑的燃烧碗表面120，如下文将进一步描述。激光焊接操作大体上可以允许在顶102与裙104之间形成坚固的金属焊接，同时还将关联的热影响区的大小降至最小。例如，可以使用光纤激光。在一个示范性例示中，使用波长在约200 μ m与约400 μ m之间并且功率是4. 8千瓦(kW)的焊接激光。焊缝也可以先预热，并且在一个示范性例示中，是预热到约500摄氏度。焊接激光一般可以用来扩大邻近径向内配合表面110和114的热影响区，例如，在径向内界面区190内，由此在径向内配合表面110、114周围将顶102与裙104焊接到一起。另外或其他，焊接激光一般可以用来扩大邻近配合表面111和115的热影响区，例如，在径向外界面区192内，由此在配合表面111、115周围将顶102与裙104焊接到一起。在不将任何配合表面110、111、114或115焊接到一起的情况下，这些配合表面可以由于其他配合表面的紧固而彼此抵靠着，或可以经由另一种方法(例如，结合、机械系固等)来紧固。在一个示范性例示中，沿着径向内配合表面110、114的圆周范围进行一系列焊接。或者，焊接激光可以在实质上环绕径向内配合表面110、114的整个圆周延伸的大体上连续的焊接工艺中使用，使得所形成的焊接也实质上环绕整个顶102和裙104延伸。在顶102与裙104(例如)通过焊接紧固到一起的情况下，顶102可以沿着顶102的紧固凸缘150而紧固到裙104。顶102的紧固凸缘150可以(例如)通过以大体上垂直的定向(即，相对于活塞组合件100取纵向)焊接来紧固到裙104。另外，紧固凸缘150可以沿着裙在径向上延伸了距离L并且在纵向上延伸了高度H。高度H在量值上可能小于紧固凸缘150的径向范围L，S卩，其中径向范围L接触裙104。因此，顶102与裙104在连结到一起的情况下的总体组合纵向或垂直厚度可以降至最小，由此促进大体上纵向或垂直的焊接剖面。更具体地说，纵向或垂直的焊接定向可以促进从顶102上方或下方的位置焊接顶102与裙104，使得焊接和/或界面区190、192围住顶102和裙104的最大范围。纵向或垂直定向的焊接一般可以导致相对于活塞轴线纵向地延伸的细长焊接剖面。此外，与只在顶102下方以及燃烧碗表面S之下进行焊接操作的传统活塞焊接操作(例 如，摩擦焊接)相反，垂直定向的焊接一般允许焊接工具(例如，激光)从顶102的顶面或底面将顶102焊接到裙104。在图IA所示的第一示范性例示中，焊接激光LA从顶102的顶面(即，在燃烧碗区域120上方)对顶102与裙104之间的径向内界面区190起作用。焊接激光LA将顶102焊接到裙104 —般是通过撞击到顶102和/或裙104的燃烧碗表面120上(例如，邻近配合表面110、114和/或沿着紧固凸缘150)，由此将顶102与裙104连结。另外或其他，焊接激光LB可以从顶102的底面(即，在裙104下方)对顶102与裙104之间的焊缝(例如，在径向内界面区190处)起作用。更具体地说，焊接激光LB撞击到裙上部部分140的底面143上(例如，邻近配合表面110、114和/或沿着紧固凸缘150)，由此将顶102与裙104焊接到一起。如上所述，焊接可以形成为一系列不同的焊接，这些焊接环绕顶102的周边隔开，例如，沿着紧固凸缘150以及邻近顶102的中央开口 C。例如，图2图示了环绕顶102彼此间隔开的两个示范性焊接。更具体地说，图2是在两个邻近的焊接180、182形成之后顶102和裙104的一小部分的剖视图。焊接180、182是大体上垂直地或纵向地定向。更具体地说，如图2所示，焊接180、182各自限定了环绕顶102的周边的径向宽度Wl和W2。宽度Wl和W2在量值上分别小于其垂直高度Hl和H2，所述高度是相对于活塞组合件100在纵向方向上测量的。焊接180、182可以具有任何便利的大小或配置。在图2所图示的实例中，宽度Wl和W2相对较小，并且在一些情况下，可能小于约5毫米。在许多焊接环绕顶102的周边隔开的情况下，与焊接180、182类似的相对较小的焊接宽度大体上可能是有促进作用的。如上所述，顶102和裙104各自的径向外配合表面111、115可以由于径向内配合表面110、114的紧固而抵靠着，并且无需固定地紧固。或者，径向外配合表面110、114可以(例如)通过焊接、结合，或任何其他便利的方式来固定地紧固。例如，对于需要最大耐久性的特别重载的活塞应用来说，将两对径向外和内配合表面110、111、114和115都固定紧固可能是合意的。通过固定地连结活塞顶102与活塞裙104，活塞组合件100大体上形成为一片式或“单块”组合件，其中顶102与裙104组件是在分别包括了径向内配合表面110、114以及径向外配合表面111、115的界面区190、192处连结。S卩，活塞顶102—般与活塞裙104—起利用，这样，尽管顶102与裙104是分离的组件，但是活塞裙104在紧固到顶之后相对于活塞顶102也固定不动。活塞顶102和活塞裙104可以由任何便利的材料构建而成。在一个示范性例示中，顶102和裙104由同种材料(例如，钢)形成。在另一个实例中，活塞顶102可以由与活塞裙104不同的材料形成。因此，用于活塞顶102的材料可以包括与活塞裙104不同的机械性质，例如屈服点、抗张强度或切口韧性。任何便利的材料或组合可以用于顶102和裙104。只作为实例，顶102和/或裙104可以由钢材、铸铁、铝材、复合物，或粉末金属材料形成。顶102和裙104也可以使用不同的工艺形成，例如，顶102可以是大体上单个的铸造件，而裙104可以是锻造的。可以使用任何便利的材料和/或形成组合。现在参看图3、4A、4B和4C，图示了另一个示范性活塞组合件200。与上述活塞组合件100类似，活塞组合件200包括顶202和裙204，顶202和裙204协作以形成冷却油道 208。可以使用任何便利的方式将顶202和裙204紧固到彼此。例如，与活塞组合件100类似，活塞组合件200的顶202和裙204可以沿着径向内和外配合表面210、211、214和215紧固到彼此，这些表面各自分别环绕顶202和裙204的圆周的至少一部分来延伸。一个或两个顶配合表面110、111可以使用任何便利的方式(例如，通过焊接操作或粘结，这只作为实例)紧固到其相应的裙配合表面114、115，由此将顶102与裙104紧固到一起。与活塞组合件100类似，裙204和顶102可以协作以在活塞组合件200的燃烧碗区域220中限定了大体上连续的上部燃烧碗表面S。例如，对应的配合表面210与214可以在燃烧碗220内或附近交会，使得顶202限定了燃烧碗表面S的第一径向外部部分222。另外，裙204限定了燃烧碗表面S的径向内部部分224。另外，如图3、4A、4B和4C中最好看出，裙204可以具备形成于裙204中的一个或多个润滑油路250，这一个或多个润滑油路允许在活塞组合件200的操作期间冷却油道208与活塞裙的外表面226之间的流体连通。油路250可以大体上允许冷却剂或润滑油行进穿过裙204到活塞裙204的外表面226，由此改善了裙204与汽缸孔壁(未图示)之间的润滑。此外，油路250大体上允许对活塞的某些区域(例如，活塞组合件200的推力侧、活塞组合件200的反推力侧等)进行有目标的润滑。润滑油路250可以使用任何便利的工艺来形成。在一个示范性例示中，油路250是使用钻孔工艺来形成，使得油路250在油路250在冷却油道208中的开口 252 (即，润滑油离开冷却油道之处)与所述油路在裙的外表面226处的开口 254 ( S卩，润滑油离开所述油路之处)之间限定了大体上笔直的路径。油路250可以是成角度的，例如，从冷却油道开口252向下延伸到裙外表面开口 254。如图4A、4B和4C中最好看出，润滑油路250可以大体上沿着裙的外表面226终止。可以在裙的外表面中形成相对较浅的凹处或凹穴256，以允许在操作期间润滑油或冷却剂更多地积聚。例如，如图4A中最好看出，裙204的外表面226中的凹穴256可以包括形成于裙中的三个油路250中的每个油路的开口 254。因此，从冷却油道离开油路的润滑油可能倾向于积聚在凹穴256中，由此增强了在凹穴256的区域中的润滑。凹穴256可以具有任何便利的大小、形状等。例如，凹穴大体上可以在径向上远离裙的外表面(例如，邻近凹穴256的外表面226)隔开。在另一个不范性例不中，凹穴256在径向上向内与表面226隔开了大约20到80微米。这个深度大体上可以允许积聚一定量的润滑油，这个量实质上足以改善沿着裙204的外表面226的润滑，同时还将由凹穴256的形成(例如，通过使裙104的壁薄化)造成的裙204的任何结构弱点降至最少。如图4B中最好看出，示范性凹穴256可以相对于裙外表面226成角度。更具体地说，凹穴256可以具有内表面258,内表面258大体上相对于裙外表面226成角度。或者,如图4C所不，凹穴256可以大体上纵向地定向，使得内表面258相对于裙外表面226大体上垂直地和/或平行地定向。现在转到图5，图示了另一个示范性活塞组合件300。与活塞组合件100、200类似，活塞组合件300可以包括顶302和裙304。顶302和裙304可以协作以大体上限定了冷却油道308，在活塞组合件300的操作期间，冷却剂(例如，机油)可以通过冷却油道308循
环。
顶302也可以包括径向内和径向外配合表面310、311，所述表面分别连结到裙304的径向内和径向外配合表面314、315。然而，与上文针对活塞组合件100、200大体上描述的配合表面相反，顶302和裙304的径向内配合表面310、314相对于活塞组合件300大体上纵向地定向。更具体地说，径向内配合表面310、314限定了相对于活塞组合件300大体上纵向地定向的平坦表面。另外，可以邻近配合表面310、314来设置焊接飞溅物陷阱360，以促进在与配合表面310、314相关联的焊接操作期间对任何焊接飞溅物的捕获。更具体地说，顶302和裙304可以限定对应的空腔，所述空腔形成了在焊接操作期间焊接飞溅物可以流入其中的间隙或空间。在一个示范性例示中，焊接激光LA从顶302和裙304上方的位置对径向内配合表面310、314起作用，使得任何焊接飞溅物都积聚在焊接飞溅物陷阱360内。焊接飞溅物陷阱360可以设置在对配合表面310、314执行焊接操作的任何地方。例如，可以设置焊接飞溅物陷阱360，使得焊接飞溅物陷阱360环绕活塞顶302和裙304的圆周的至少一部分大体上连续地延伸，这种情况在所形成的焊接是环绕活塞顶302和裙304的对应圆周或其一部分延伸的情况下可能是有用的。或者，一系列焊接飞溅物陷阱360可以环绕顶302和裙304的圆周隔开，例如，对应于环绕顶302和裙304的圆周提供焊接的位置。另外，可以邻近顶302和裙304的径向外配合表面311、315来设置第二焊接飞溅物陷阱362。如图5所示，径向外配合表面311、315是大体上水平地定向，并且通过激光LC对径向外配合表面311、315起作用，激光LC是相对于配合表面311、315从大体上径向外位置来撞击到配合表面311、315上。因此，一般都可以将焊接飞溅物捕获到焊接飞溅物陷阱362中，焊接飞溅物陷阱362是相对于配合表面311、315径向向内地定位，这是因为焊接飞溅物是远离配合表面311、315径向向内地流动。可以使用任何便利的方法来形成焊接飞溅物陷阱360、362。例如，飞溅物陷阱360,362的形成可以是与裙304和/或顶302相关联的形成工艺的一部分。或者，可以在顶302和/或裙304中分开地形成焊接飞溅物陷阱360、362，例如使用机械加工操作。有利的是，设置了一个或多个焊接飞溅物陷阱360、362可以允许使用对接焊接，与(只作为实例)搭接相比，对接焊接向焊缝提供的强度和一致性可能增加。
现在转到图6，图示了制造活塞组合件的示范性过程600的过程流程图。过程600大体上可以开始于框602，在框602处，提供活塞顶。例如，可以提供活塞顶102，活塞顶102大体上包括至少部分地限定了冷却油道108的带环部分106。另外，如上所述，活塞顶102可以包括径向内和外顶配合表面110、111。前进到框604，可以将活塞裙收纳在顶的中央开口中。例如，如上所述，可以将活塞裙104、204、304收纳在顶102、202、302的中央开口 C内。另外，顶与裙进行协作以形成连续的上部燃烧碗表面，例如燃烧碗表面S。径向内和外顶配合表面和裙配合表面可以实质上分别环绕顶和裙的整个圆周延伸。顶102也可以包括环绕中央开口 C延伸的紧固凸缘150，例如，邻近顶102和裙104的径向内配合表面110、114。另外，紧固凸缘150的纵向高度可能小于紧固凸缘150的径向范围，所述径向范围接触裙104。随后，过程600可以前进到框606。在框606中，可以邻近顶和裙的径向内和外配合表面中的至少一个配合表面来形 成一个或多个焊接飞溅物陷阱。例如，如上所述，可以在顶302和裙304中形成焊接飞溅物陷阱360和或362，使得焊接飞溅物陷阱360、362邻近配合表面来定位，在关联的焊接操作期间焊接飞溅物很有可能被引导到所述配合表面处。如上所述，可以使用任何便利的工艺来形成焊接飞溅物陷阱360、362，例如，作为与顶302和/或裙304相关联的形成工艺的一部分，或使用分离的形成工艺，例如机械加工。随后，过程600可以前进到框608。在框608处，可以在裙中形成至少一个通路。例如，如上所述，可以设置通路250，所述通路从冷却油道表面延伸到活塞组合件的外表面(例如，裙外表面226)。另外，可以设置凹处或凹穴256以积聚从通路250收集到的冷却剂或润滑油。前进到框610，可以沿着裙和顶的对应的径向内和外配合表面将顶与裙抵靠，使得裙大体上封闭冷却油道。例如，如上所述，顶102的径向内和外配合表面110、111可以分别与裙104的径向内和外配合表面114、115抵靠。另外,裙104的上部部分140可以大体上封闭由顶102限定的冷却油道108。另外，顶102的紧固凸缘150可以抵靠在裙104的上部部分140上。随后，过程600可以前进到框612。在框612处，可以沿着顶102和裙104各自的径向内配合表面110、114来将顶与裙固定地紧固到一起。例如，如上所述，可以沿着顶102和裙104各自的径向内配合表面110、114来将顶102与裙104焊接到一起。此外，焊接操作可以使用激光焊接工具，所述激光焊接工具大体上相对于活塞组合件100大体上纵向地将激光束(例如，焊接激光LA和/或激光LB)引导向顶102和裙104各自的径向内配合表面110、114。在设置了一个或多个焊接飞溅物陷阱(例如，焊接飞溅物陷阱360)的情况下，将径向内配合表面焊接到一起可以包括将焊接飞溅物引导到焊接飞溅物陷阱360中。随后，过程600可以前进到框614。在框614处，可以沿着顶和裙的径向外配合表面来将顶102与裙104固定地紧固。例如，如上所述，可以将顶102和裙104的径向外配合表面111、115焊接到一起。另外，在上述的另一个示范性例示中，使用焊接激光LC将顶102和裙104各自的径向外配合表面311、315焊接到一起，焊接激光LC是相对于配合表面311、315径向地引导的，使得焊接飞溅物被引导到邻近的焊接飞溅物陷阱362中。随后，过程600可以终止。由于在活塞组合件内形成的冷却油道，本文所说明的示范性活塞100、200、300以及过程600大体上可以允许改善冷却效能。另外，由于活塞组合件四周润滑的优化，活塞组合件100、200和300也可以改善活塞导引和动力学、优化粘性力以改善摩擦。另外，由于垂直焊接定向所提供的制造灵活性，所揭示的焊接方法也降低了制造成本。关于本文所描述的过程、系统、方法、试探等，应理解，虽然此类过程的步骤等已被描述成是根据某种有序顺序来发生，但是所述步骤以不同于本文所述的次序的次序来执行也可以实践此类过程。应进一步 理解，某些步骤可以同时执行，可以添加其他步骤，或可以省去本文所述的某些步骤。换句话说，在本文中提供过程的描述是为了说明某些实施例，并且这些描述决不应被理解为限制所主张的发明。因此，应理解，以上描述旨在说明而非限制。在阅读完上文的描述之后将能了解到除了所提供的实例之外的许多实施例以及应用。本发明的范围不应参考上文的描述来确定，而是应该改为参考所附权利要求书以及此权利要求书所享有的等效物的整个范围来确定。所预期和希望的是，在本文所论述的技术中将有进一步的发展，并且所揭示的系统和方法将并入到此类的其他实施例中。总之，应理解，本发明能够进行修改和变化，并且只受以下权利要求书所限制。除非本文中明确地做出了相反的指示，否则权利要求书中所使用的所有术语都希望给出的是它们最广泛的合理解释以及所属领域的技术人员所理解的所述术语的一般涵义。具体地说，除非权利要求中明确地做出了相反的限制，否则例如“一”、“所述”等单数词语的使用应被视为阐述了所指示元素的一者或多者。
权利要求
1.一种活塞组合件，包括 活塞顶，所述活塞顶包括至少部分地限定了冷却油道的带环部分，所述顶包括径向内和外顶配合表面；以及 活塞裙，所述活塞裙收纳在所述顶的中央开口中，使得所述顶和裙协作以形成上部燃烧碗表面，所述裙包括沿着径向内界面区与所述径向内顶配合表面抵靠的径向内裙配合表面，所述裙包括沿着径向外界面区与所述径向外顶配合表面抵靠的径向外裙配合表面，使得所述冷却油道实质上被封闭了。
2.根据权利要求I所述的活塞组合件，其中所述内和外顶配合表面和所述内和外裙配合表面中的每个表面都环绕所述顶和裙的实质上整个圆周来延伸。
3.根据权利要求I所述的活塞组合件，其中所述顶包括邻近所述顶和裙的所述径向内配合表面绕着所述中央开口延伸的紧固凸缘，其中所述紧固凸缘的纵向高度小于所述紧固凸缘的径向范围，所述紧固凸缘的所述径向范围接触所述裙。
4.根据权利要求I所述的活塞组合件，其中所述顶和裙是通过所述径向内界面区而固定地紧固到一起，所述径向内界面区包括了所述顶和裙的所述径向内配合表面。
5.根据权利要求4所述的活塞组合件，其中所述顶和裙是沿着所述顶和裙的所述径向内配合表面而焊接到一起。
6.根据权利要求4所述的活塞组合件，其中所述顶和裙是沿着所述顶和裙的所述径向外配合表面而固定地紧固到一起。
7.根据权利要求I所述的活塞组合件，其中所述活塞裙限定了从冷却油道表面延伸到所述活塞组合件的外表面的至少一个通路，所述冷却油道表面至少部分地限定了所述冷却油道。
8.根据权利要求7所述的活塞组合件，其中所述外表面经配置以在发动机操作期间沿着汽缸孔表面滑动。
9.根据权利要求7所述的活塞组合件，其中所述活塞组合件的所述外表面远离所述活塞裙的径向外表面隔开，使得所述裙限定了凹穴。
10.根据权利要求I所述的活塞组合件，其中所述顶限定了所述燃烧碗表面的径向外部部分，而所述裙限定了所述燃烧碗表面的径向内部部分。
11.一种方法，包括 提供活塞顶，所述活塞顶包括至少部分地限定了冷却油道的带环部分，所述活塞顶包括径向内和外顶配合表面； 将活塞裙收纳在所述顶的中央开口中，使得所述顶和裙协作以形成连续的上部燃烧碗表面，所述上部燃烧碗表面具有由所述裙限定的径向内部部分以及由所述顶限定的径向外部部分，所述活塞裙包括了径向内和外裙配合表面；以及 沿着所述裙和顶的所述对应的径向内和外配合表面将所述裙抵靠到所述顶上，使得所述裙和顶沿着包括了所述顶和裙的所述径向内配合表面的径向内界面区抵靠，并且所述裙和顶沿着包括了所述顶和裙的所述径向外配合表面的径向外界面区抵靠，所述裙由此大体上封闭了所述冷却油道。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括确定所述径向内和外顶配合表面中的每个表面以及所述内和外裙配合表面中的每个表面是分别环绕所述顶和裙的实质上整个圆周来延伸。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括确定所述顶是包括邻近所述顶和裙的所述径向内配合表面绕着所述中央开口延伸的紧固凸缘，所述紧固凸缘的纵向高度小于所述紧固凸缘的径向范围，所述紧固凸缘的所述径向范围接触所述裙。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括通过所述径向内界面区将所述顶和裙固定地紧固到一起，所述径向内界面区包括了所述顶和裙的所述径向内配合表面。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述顶和裙固定地紧固到一起包括沿着所述顶和裙的所述径向内配合表面将所述顶和裙焊接到一起。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括确定将所述裙焊接到所述顶是将所述裙激光焊接到所述顶。
17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述裙激光焊接到所述顶包括相对于所述活塞大体上纵向地将焊接激光引导向所述顶和裙的所述径向内配合表面。
18.根据权利要求14所述的方法，进一步包括沿着所述顶和裙的所述径向外配合表面将所述顶和裙固定地紧固到一起。
19.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在所述裙中形成至少一个通路，所述通路从冷却油道表面延伸到所述活塞组合件的外表面，所述冷却油道表面至少部分地限定了所述冷却油道。
20.根据权利要求11所述的方法，进一步包括邻近所述顶和裙的所述径向内和外配合表面中的至少一个配合表面来形成焊接飞溅物陷阱； 将所述径向内和外配合表面中的所述至少一个配合表面焊接到一起，由此将受热材料引导到在与所述径向内和外配合表面中的所述至少一个配合表面相关联的焊缝的相反侧面上的所述焊接飞溅物陷阱中。
全文摘要
本发明揭示了一种示范性活塞组合件以及其制造方法。活塞组合件可以包括活塞顶和活塞裙。所述顶可以包括至少部分地限定了冷却油道的带环部分以及径向内和外顶配合表面。所述裙可以收纳在所述顶的中央开口中，使得顶和裙协作以形成上部燃烧碗表面。所述裙也可以包括径向内和外裙配合表面，所述径向内和外裙配合表面分别与所述内和外顶配合表面抵靠，使得所述冷却油道大体上被所述裙封闭。
文档编号F02F3/22GK102893006SQ201180019848
公开日2013年1月23日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年2月17日
发明者W·福劳尔斯, D·加布利艾, R·克莱恩, G·赵 申请人:马勒国际有限公司