[發(fā)明專利]帶有非對(duì)稱上部燃燒表面的活塞及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780024622.X
• 申請(qǐng)日: 2017-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN109072764B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·威內(nèi)恩格爾;J·L·里夫;T·韋齊納
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天納克股份有限公司
• 主分類號(hào): F02B23/06
• 分類號(hào): F02B23/06;F02F3/26;F02F3/00
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44240
• 代理人: 金輝

無通道活塞和構(gòu)造方法提供了由單片材料鍛造的活塞體，該活塞體具有圍繞縱向中心軸線延伸的上部燃燒表面，該活塞沿著該縱向中心軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以暴露到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室。該上部燃燒表面具有相對(duì)于中心平面的非對(duì)稱幾何形狀，該中心平面沿中心縱向軸線延伸，與銷孔軸線大體垂直。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2016年4月21日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)枮?2/325,704和2017年4月20日提交的美國發(fā)明申請(qǐng)?zhí)枮?5/493,025的權(quán)益，并且將其全部內(nèi)容通過引用并入此申請(qǐng)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及用于內(nèi)燃機(jī)的活塞及其制造的方法。

背景技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)制造商正在面臨提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和性能的日益增長的需求，其包括但不限于：提高燃油經(jīng)濟(jì)性、減少油耗、改善燃油系統(tǒng)、增加缸膛內(nèi)的壓縮負(fù)載和運(yùn)行溫度、減少通過活塞的熱損失、改善零部件的潤滑、降低發(fā)動(dòng)機(jī)的重量并且使發(fā)動(dòng)機(jī)更緊湊，同時(shí)降低與制造有關(guān)的成本。

雖然燃燒室內(nèi)增加汽缸壓力和運(yùn)行溫度是可取的，但是仍然需要在可行的限度內(nèi)保持活塞的溫度。而且，實(shí)現(xiàn)汽缸壓力和運(yùn)行溫度的增加通常伴隨著權(quán)衡問題，因?yàn)檫@些可取的“增加”限制著活塞壓縮高度以及整體活塞的尺寸和質(zhì)量能夠降低的程度。這對(duì)具有封閉或部分封閉的冷卻通道的典型活塞結(jié)構(gòu)尤其棘手，在該冷卻通道中油循環(huán)降低活塞的運(yùn)行溫度。制造具有將上部和下部部件沿接合接頭連接在一起，以形成封閉或部分封閉的冷卻通道的活塞的成本通常由于至少部分地由于用于將上部和下部接合在一起的連接工藝而增加。進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)重量可以減少的程度受到由鋼制成的上述“含冷卻通道”活塞的需要的影響，因而它們可以承受施加在活塞上的機(jī)械和熱負(fù)載的增加。進(jìn)一步地，當(dāng)通過兩工件焊接在一起形成活塞時(shí)，通常上部燃燒表面需要關(guān)于中心平面對(duì)稱，該中心平面沿縱向中心軸線延伸，活塞沿著該縱向中心軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。情況就是這樣，因?yàn)榉駝t，如果上部燃燒表面相對(duì)沿中心縱向軸線延伸的中心平面非對(duì)稱，該上部燃燒表面由于摩擦焊接過程中兩部分相互旋轉(zhuǎn)和止動(dòng)的性質(zhì)，將很可能相對(duì)所需取向不對(duì)準(zhǔn)。于是，摩擦焊接活塞的上部燃燒表面的幾何形狀通常是對(duì)稱的。

近來，沒有冷卻通道的單片鋼活塞已經(jīng)開發(fā)出來，并且可以稱作“無通道”活塞。可以提供這種活塞用于減輕重量、降低制造成本、并減少壓縮高度。該無通道活塞要么由冷卻油噴嘴噴灑冷卻，稍微噴灑僅用于潤滑，要么不噴灑油。

由于缺少冷卻通道，該無通道活塞通常比具有傳統(tǒng)冷卻通道的活塞承受更高溫度。高溫可以造成鋼活塞的上部燃燒表面的氧化或過熱，其隨后可以造成連續(xù)的活塞裂化和發(fā)動(dòng)機(jī)失效。高溫還可以造成沿活塞的頂部底面區(qū)域的油降解，例如，噴灑冷卻或潤滑油的燃燒碗的下方。由高溫引起的另一個(gè)潛在問題是，冷卻油在冷卻或潤滑油與活塞頂部底面相接觸的區(qū)域可以形式碳的積聚層。這種碳層可以造成活塞過熱，從而造成上述的裂化和發(fā)動(dòng)機(jī)失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一方面提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)性能的無通道活塞。該活塞由單片的鋼材料鍛造而成，并包括用于暴露到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室的上部燃燒表面。形成上部燃燒表面以包括相對(duì)于活塞的中心平面的非對(duì)稱幾何形狀，其中中心平面可以沿中心縱向軸線延伸，大致垂直于推力軸線或者與銷孔軸線大致垂直。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，位于形成上部燃燒表面的上部燃燒壁的相對(duì)側(cè)上、在一對(duì)活塞銷凸臺(tái)之間和在直徑方向上相對(duì)的裙板之間延伸的頂部底表面可以鍛造成與上部燃燒表面的非對(duì)稱輪廓吻合或基本吻合。因此，上部燃燒壁可以鍛造成具有大致或基本恒定的厚度，這隨即引起上部燃燒表面的增強(qiáng)冷卻，并認(rèn)為可能減少頂部底表面上焦化油的積聚，同時(shí)減小活塞的尺寸和重量。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以通過多個(gè)傾斜和/或波狀的燃燒表面提供非對(duì)稱的幾何形狀，每個(gè)該表面在銷孔軸線的相對(duì)側(cè)形成。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以通過傾斜的和/或波狀的上部燃燒表面提供非對(duì)稱的幾何形狀，該上部燃燒表面沿推力軸線的方向大體相互對(duì)準(zhǔn)。