[發明專利]具有帶絕緣涂層的頂部底表面的活塞及其制造方法

有效

• 申請號: 201780030356.1
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN109154251B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: E·馬特索;W·B·萊恩托恩
• 申請（專利權）人: 天納克股份有限公司
• 主分類號: F02F3/10
• 分類號: F02F3/10
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標事務所(普通合伙) 44240
• 代理人: 金輝

提供一種汽車內燃機活塞及其構造方法。該活塞包括沿中心縱向軸線延伸的活塞體，該活塞體具有形成上部燃燒表面的上部燃燒壁，和與該上部燃燒表面相對的頂部底表面。環形環帶區域從上部燃燒表面懸垂，一對裙板從環帶區域懸垂，并且一對活塞銷凸臺從頂部底表面懸垂以提供沿活塞銷軸線對齊的一對橫向間隔開的銷孔，用于容納活塞銷。該頂部底表面形成中心頂部底表面，以及開放的外部冷卻通道、密封的外部冷卻通道或外部無通道區域的一部分，其中絕緣涂層施加到頂部底表面的至少一個部分上。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年5月19日提交的美國臨時專利申請號為62/339,053和2017年5月18日提交的美國發明申請號為15/598,564的權益，并且將其全部內容通過引用并入此申請中。

技術領域

本發明總體涉及用于內燃機的活塞，以及制造該活塞的方法。

背景技術

內燃機中使用的活塞(例如重型柴油機活塞)在運行中暴露在極高的溫度下，特別是沿活塞的冠部。為了維持燃燒室內可用的燃料能量和高氣體溫度，并實現更高的發動機制動熱效率(BTE)，發動機和活塞制造商通常試圖控制冠部的溫度，并降低從燃燒室到冠部的熱損失。

為了調節冠部的溫度，一些活塞在冠部的下方設計有冷卻通道，其中當活塞沿發動機的缸膛往復運動時，冷卻油噴灑到冷卻通道中和頂部底表面上。油沿冷卻通道的內表面流動并從冠部散發熱量。但是，為了在運行中控制活塞的溫度，必須不斷維持油的高流動性，這增加了寄生損耗，隨即降低了發動機燃油效率。此外，由于內燃機的高溫，該油隨時間而降解，并從而必須定期更換油以維持足夠的發動機壽命。而且，當活塞冷卻通道和/或頂部底面溫度長時間暴露在高溫下時，油以更高的速率趨于焦化，并且產生的焦化油沉積物可以積聚在冷卻通道的內表面和/或頂部底面上。

控制冠部溫度的另一方式是設計具有包含冷卻劑介質的密封冷卻通道的活塞，當暴露在高溫下時，該冷卻劑介質比油更耐熱。美國專利9,127,619公開了包括密封冷卻通道的活塞示例，該冷卻通道部分填充了包含具有高導熱性的金屬顆粒的液體。當活塞在內燃機中往復運動時，液體攜帶金屬顆粒穿過冷卻通道，而該金屬顆粒將熱量從冠部帶走。金屬顆粒可以重新分配熱流，并從而還減少了冷卻通道沉積物和油降解。

然而，發動機和活塞制造商不斷努力開發新的和改進的方法來降低頂部底面和/或冷卻通道表面的溫度，減少冷卻通道和/或頂部底表面上的焦化油沉積物和碳的積聚，減少發動機油的降解，并延長所需的發動機油更換之間的時間間隔。

發明內容

本發明的一方面提供一種用于內燃機的活塞，該活塞減少了沿活塞的冷卻通道和頂部底面的至少一個內表面的表面溫度和表面沉積物，并且減少了冷卻油降解的趨勢。

提供一種用于內燃機的活塞。該活塞包括沿中心縱向軸線延伸的金屬活塞體，該活塞在內燃機的缸膛內沿中心縱向軸線往復運動。活塞體具有形成上部燃燒表面的上部燃燒壁，該上部燃燒表面用于直接暴露到缸膛內的燃燒氣體和與上部燃燒表面相對的頂部底表面上。環形環帶區域從上部燃燒表面懸垂用于容納至少一個活塞環，而一對裙板從環帶區域懸垂以便于在缸膛內引導活塞。一對活塞銷凸臺從頂部底表面懸垂，具有沿銷孔軸線對準的一對橫向間隔開的銷孔，用于容納活塞銷。活塞體的頂部底表面形成中心頂部底表面，以及開放的外部冷卻通道、密封的外部冷卻通道或外部無通道區域的一部分，其中絕緣涂層施加到頂部底表面的至少一個部分上。

根據本發明的另一方面，絕緣涂層具有熱傳導率，該熱傳導率小于活塞體的熱傳導率。

根據本發明的另一方面，絕緣涂層由陶瓷基材料或聚合基材料中的一種形成。

根據本發明的另一方面，絕緣涂層可以由包括二氧化鈰、二氧化鈰穩定的氧化鋯和二氧化鈰/氧化釔穩定的氧化鋯中的至少一種的陶瓷基材料形成。

根據本發明的另一方面，基于陶瓷基材料的總重量，絕緣涂層可以包括90～100重量％的二氧化鈰。