[發明專利]使用冷卻介質減少熱損失的活塞

有效

• 申請號: 201680079247.4
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN110809669B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 愛德華·松尾
• 申請（專利權）人: 費德羅-莫格爾有限責任公司
• 主分類號: F02F3/18
• 分類號: F02F3/18;F02F3/20;F02F3/22;F01P3/10
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 李艷麗

提供了一種鋼制活塞，其在內燃機中實現提高的熱制動效率。該活塞包括呈現燃燒表面的活塞頂，從燃燒表面懸垂的外側壁，外冷卻通道，以及活塞頂內冷卻通道。外冷卻通道在燃燒表面下方沿著外側壁周向地延伸。根據一個實施例，外冷卻通道被密封，并且填充有空氣、氬氣、氦氣、氙氣或二氧化碳作為冷卻介質。在該實施例中，活塞頂內冷卻通道中填充有空氣作為冷卻介質，并且包括開放的入口孔，該入口孔的直徑為活塞外徑的2％至4％。或者，活塞頂內冷卻通道中填充有空氣、氬氣、氦氣、氙氣或二氧化碳作為冷卻介質，并且入口孔是密封的。

相關申請的交叉引用

本美國實用專利申請要求2015年11月18日提交的美國臨時專利申請No.62/256,986和2016年1月20日提交的美國臨時專利申請No.62/280,971以及2016年11月15日提交的美國實用專利申請No.15/352,418的權益，這些專利申請的全部內容通過引用結合于本文中。

發明背景

1.技術領域

本發明一般涉及用于內燃機的活塞，以及制造活塞的方法，

2.相關技術

在內燃機中使用的活塞，例如重型柴油機活塞，在運行過程中會暴露在極高的溫度下，特別是沿著活塞頂(crown)。因此，為了調節溫度，一些活塞設計成在活塞頂下方具有開放的冷卻通道(cooling gallery)，并且當活塞沿著發動機的缸膛往復運動時，冷卻油被噴射到冷卻通道中。油沿著活塞頂的內表面流動，并從活塞頂上消散熱量。但是，為了在運行期間控制活塞溫度，必須始終保持高流量的油。此外，由于內燃機的高溫，油會隨著時間的推移而劣化，必須定期更換油以維持發動機壽命。此外，當冷卻通道溫度超過350℃時，油傾向于以更高的速率燃燒，稱為油焦化，并粘附在冷卻通道的表面上。

另一選擇是設計帶有密封冷卻通道的活塞，該冷卻通道包含冷卻油或另一種冷卻劑來控制活塞溫度，美國專利No.9,127,619公開了活塞的一個例子，包括部分填充有含高導熱金屬顆粒的液體的密封冷卻通道，當活塞在內燃機中往復運動時，液體攜帶金屬顆粒通過整個冷卻通道中，并且金屬顆粒將熱量從活塞頂移走。金屬顆粒可重新分布熱流，從而減少沿著活塞頂的碳沉積、焦化和油劣化。

還希望減少從燃燒室到活塞頂的熱損失，以便在燃燒室中保持高溫并實現更高的發動機制動熱效率。因此，可以將熱障涂層施加于活塞頂以用于額外的隔熱。然而，發動機制造商不斷努力開發新的和改進的方法來更好地保持燃燒室中的熱量，降低活塞的操作溫度，并因此進一步改善發動機制動熱效率。

發明內容

本發明的一個方面包括用于內燃機的活塞，其為發動機提供了改進的制動熱效率(BTE)。活塞包括由金屬材料形成的主體。主體包括呈現燃燒表面的活塞頂。活塞頂包括從燃燒表面懸垂的外側壁，并且外側壁呈現主體的外徑。活塞頂還包括外冷卻通道和活塞頂內(undercrown)冷卻通道。外冷卻通道沿著外側壁在燃燒表面下方周向地延伸，外冷卻通道被密封并包含第一冷卻介質。活塞頂內冷卻通道在第一活塞頂內表面下方被外冷卻通道圍繞，并且活塞頂內冷卻通道包含第二冷卻介質。活塞頂包括沿著活塞頂內冷卻通道延伸的下壁，并且下壁包括通到活塞頂內冷卻通道的入口孔。

本發明的另一方面提供了一種制造用于內燃機的活塞的方法。該方法包括提供由金屬材料形成的主體，該主體包括呈現燃燒表面的活塞頂，活塞頂包括從燃燒表面懸垂的外側壁，外側壁呈現主體的外徑，活塞頂包括密封式外冷卻通道和活塞頂內冷卻通道，外冷卻通道沿著外側壁在燃燒表面下方周向地延伸，活塞頂內冷卻通道在第一活塞頂內表面下方被外冷卻通道圍繞，活塞頂包括沿著活塞頂內冷卻通道延伸的下壁，并且下壁包括通到活塞頂內冷卻通道的入口孔。該方法還包括在外冷卻通道中提供第一冷卻介質，和在活塞頂內冷卻通道中提供第二冷卻介質。

附圖的簡要說明

本發明的其它優點將是容易理解的，因為當結合附圖考慮參考以下詳細描述時，可以更好地理解本發明的優點，在附圖中：