活塞及其构造方法
【专利说明】活塞及其构造方法
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年3月13日提交的美国临时申请序列号N0.61/780，653的权益，其通过引用整体合并入此处。
技术领域
[0003]本发明大致涉及内燃机，更具体地涉及活塞及其构造方法。
【背景技术】
[0004]发动机制造商目前正面临着日益增长的提升发动机效率和性能的需求，包括但不仅限于，提升燃料经济性，提升燃料燃烧率，降低油耗量，以及提高其废气温度用于车辆内部热量的后续利用。为了实现上述目标，需要的是提高燃烧室内的发动机运行温度。然而，尽管提高燃烧室内的温度是令人满意的，还有必要将活塞维持在可工作的温度；允许活塞在缸膛内维持理想的低摩擦间隙，同时提高活塞传热和散热的能力，尤其是在活塞的上冠部。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种活塞，该活塞包括活塞本体，以及形成上燃烧表面的至少一部分的嵌件。该活塞本体通过具有第一导热系数的第一材料形成，并包括上冠部以及自上冠部悬垂的一对销壳，该销壳带有沿一销孔轴彼此对齐的销孔。所述上冠部具有一凹部，嵌件固定于该凹部中。嵌件通过与所述第一材料独立的第二材料形成。所述第二材料具有比所述第一材料的第一导热系数高的第二导热系数。
[0006]根据本发明的另一方面，所述嵌件形成所述上燃烧表面的约95%。
[0007]根据本发明的另一方面，所述嵌件形成基本平面的上燃烧表面。
[0008]根据本发明的另一方面，所述上燃烧表面的径向最外周缘通过所述活塞本体上冠部的外周缘形成。
[0009]根据本发明的另一方面，所述凹部形成为沿一纵轴贯穿所述活塞本体延伸的基本敞开的腔室，所述活塞本体的至少一个肋跨越该腔室延伸以邻接支撑嵌件的底面。
[0010]根据本发明的另一方面，所述凹部形成包围至少一个肋的环形的凹入的肩部，其中该环形肩部和至少一个肋形成与嵌件的底面邻接的平面的支撑表面。
[0011]根据本发明的另一方面，该第一材料可被提供为钢。
[0012]根据本发明的另一方面，该第二材料可被提供为铝。
[0013]根据本发明的又一方面，提供一种用于内燃机的活塞的构造方法。该方法包括:提供一活塞本体，该活塞本体通过具有第一导热系数的第一材料构造而成，该活塞本体具有从上冠部悬垂的一对销壳，该销壳具有沿一销孔轴彼此对齐的销孔，上冠部具有凹部。进一步地，提供一嵌件，该嵌件通过具有第二导热系数的第二材料构造而成，该第二导热系数大于活塞本体的第一导热系数。更进一步地，将该嵌件固定于该凹部中，嵌件形成该活塞的上燃烧表面的至少一部分。
[0014]该方法进一步包括提供跨越基本敞开的腔室延伸的至少一个肋，并将该铝制嵌件与该至少一个肋邻接固定。
[0015]该方法还可进一步包括在活塞本体中形成至少一个环形槽。
[0016]该方法可进一步包括将嵌件与活塞本体的外周缘以基本齐平、平面的关系设置，使该活塞本体的外周缘形成上燃烧表面的径向最外周缘。
[0017]该方法可进一步包括提供多个肋，至少部分肋彼此交叉。
[0018]该方法可进一步包括将该第一材料提供为钢。
[0019]该方法可进一步包括将该第二材料提供为铝。
[0020]该方法可进一步包括通过嵌件形成该上燃烧表面的约50?100%。
【附图说明】
[0021]结合以下对当前优选实施例和最佳实施方式的详细描述、所附权利要求以及附图，本发明的这些和其他方面、特征及优点将更容易领会，其中:
[0022]图1是根据本发明的一个方面构造的活塞的部分剖面透视图；
[0023]图2是大致沿着图1中的活塞的销孔轴的剖视图；
[0024]图3是根据本发明的另一方面构造的活塞的透视图；
[0025]图4是图3中的活塞的剖视图；
[0026]图5是图3中的活塞的活塞头的视图，其中已移除上燃烧表面嵌件；以及
[0027]图6是图5中的活塞头的剖视图。
【具体实施方式】
[0028]更具体地参考附图，图1和图2示出了根据本发明的一个当前优选实施方式构造的活塞组件，下文简称为活塞10，该活塞用于内燃机的缸膛中或气缸套的腔室(未示出)中的往复运动。该活塞10具有活塞头，也称作活塞本体12，或者，至少部分地，通过铸造或锻造，或任何其他制造工艺成形，该活塞本体沿一中心纵轴14延伸，活塞10沿该中心纵轴在缸膛内做往复运动。该本体12具有固定于下冠部18的上冠部16。该下冠部18具有自所述上冠部16悬垂的一对销壳20，以提供沿一销孔轴24对齐的横向间隔的销孔22，该销孔轴24大致垂直于中心纵轴14延伸并与其相交。该销壳20通过支撑部28连接到横向间隔的裙部26。该裙部26在销孔轴24的两侧彼此径向间隔开并具有凸面的外表面，该外表面的形状用于在缸膛内与其共同作用并相对于缸膛形成低摩擦滑动关系，以维持活塞10在缸膛内往复运动时的理想的定向。该上冠部16通过具有第一导热系数的第一材料构造为整体的构件，而下冠部18通过具有第二导热系数的第二材料构造为与上冠部16独立的构件，其中第二导热系数小于第一导热系数。该第一材料可被提供为铝，第二材料可被提供为钢，通过举例而非限制。因此，第一材料具有相对第二材料增大的导热系数，其中第一材料下文被称作具有“高”导热系数，第二材料下文被称作具有“低”导热系数。因此，上冠部16具有增强的传热能力，比如将热量传递给下方的、在冷却腔室中循环的油以及径向向外地传递给气缸套。同时，该下冠部18具有增强的强度和尺寸稳定性，以便于活塞10在其整个使用寿命中的在气缸套中的光滑的、低摩擦的滑动。
[0029]该活塞10的上冠部16在此示出为具有上燃烧表面30，带有在该上燃烧表面中凹入的燃烧碗32以在缸膛内提供理想的气流。包括上部34和环带36的外壁33自上燃烧表面30向下延伸至具有环形自由端40的环形外肋，环带36中形成有至少一个环形槽38，该环形槽用于浮动地容置活塞环(未示出)。环形内肋41自该燃烧碗32的底面悬垂至环形内自由端42，其中内肋示出为，通过举例而非限制，延伸于外自由端40的下方。因此，该外壁33和内肋41形成环形的上方的外油腔部43。
[0030]下冠部18例如在锻造工艺中(通过举例而非限制)独立于上冠部16构造而成，随后通过直立的环形外肋自由端44和直立的环形内肋自由端46连接到上冠部16，该环形外肋自由端44和环形内肋自由端46之间形成环形的下方的外油腔部47。该上冠部16和下冠部18在此示出为通过摩擦焊接或任何其他适当类型的(例如，横跨各个外自由端40，44和内自由端42，46形成的)焊接接头45连接在一起。如此，基本封闭的外油腔48通过彼此面对的油腔部43，47在上冠部16和下冠部18之间成形，而敞开的内油腔50在燃烧碗32的中间部分的下方成形于销孔22的上面。应当理解的是，根据本发明构造的活塞10也可具有通过其他方式成形的上冠部和下冠部，例如具有不同构造的油腔。下冠部18通过任何适当的第一材料(例如钢)构造而成，该第一材料具有相对上冠部16的第二材料(例如铝)较低的导热系数。
[0031]在运转中，通过“高”导热系数的第二材料构造而成的上冠部16作为热传递的引导者，将热量直接贯穿上冠部16传递给热吸收剂，例如油冷却剂和气缸套。如此，上冠部16，尤其是上部34的区域作为传热介质，从而将上冠部16中的热量消散。直接传热的结果是在上部34的碳堆积得以最小化，并且因此，设置于环形槽38中的一个环或多个环(未示出)并未阻扰针对气缸壁的密封。已被确定的是碳堆积倾向于大约在200?300°C之间发生，并且超过300°C时碳会被烧尽并且因此不会在上部34堆积。因此，通过确保上部具有适当的热传递供应给它，上部34将维持在300°