有焊接支承的活塞組件的制作方法
【專利說明】有焊接支承的活塞組件
[0001]對相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年2月22日遞交的美國臨時申請N0.61/768，182的優(yōu)先權(quán)，內(nèi)容整體合并于此。
【背景技術(shù)】
[0003]內(nèi)燃機(jī)制造商不斷追求增加其產(chǎn)品的功率輸出和燃料效率。一般來說，增加效率和功率的一種方法是減少發(fā)動機(jī)的振蕩質(zhì)量，例如活塞的振蕩質(zhì)量，連接桿，和發(fā)動機(jī)的其他運(yùn)動部分。增加發(fā)動機(jī)功率和/或效率的努力同樣也可導(dǎo)致運(yùn)行期間燃燒室內(nèi)壓力和/或溫度的增加。
[0004]因?yàn)檫@些重量上的減少和與發(fā)動機(jī)運(yùn)行相關(guān)的增加的壓力和溫度導(dǎo)致發(fā)動機(jī)，并且尤其是發(fā)動機(jī)的活塞，因此承受增加的壓力?；钊鋮s因此在發(fā)動機(jī)的壽命中對承受所述運(yùn)行條件下增加的壓力越來越重要。
[0005]為減少活塞部件的運(yùn)行溫度，可在活塞周邊提供冷卻通道。冷卻劑例如曲軸箱潤滑油可進(jìn)入冷卻通道，并且可通過活塞的往復(fù)運(yùn)動在冷卻通道分散，因此減少活塞的運(yùn)行溫度。
[0006]同時，冷卻通道可增加活塞組件和同樣活塞組件制造的總體復(fù)雜性。例如，冷卻通道可需要額外的部件，例如冷卻通道蓋，來通過暫時限制在冷卻通道循環(huán)的冷卻劑(例如油)促使冷卻劑在冷卻通道進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)。但是，額外的部件例如蓋板同樣增加復(fù)雜性。此外，冷卻通道在較小活塞的應(yīng)用例如在輕量或輕負(fù)荷活塞的情況下形成會昂貴和/或困難。在一件式活塞上形成閉合的冷卻通道的已知方法，例如摩擦焊接，同樣需要極高強(qiáng)度的活塞部件以適當(dāng)?shù)匦纬苫钊屠鋮s通道的特性而不在摩擦焊接過程中出現(xiàn)非故意的變形，因此增加導(dǎo)致的活塞的尺寸和重量。摩擦焊接過程中施加在活塞部件上的巨大壓力同樣限制焊接接頭可能的位置。
[0007]因此，活塞需要最小化整個活塞的重量和制造復(fù)雜性，然而同樣允許足夠的冷卻，例如通過提供冷卻通道。
【附圖說明】
[0008]現(xiàn)在談到附圖，解說性示例詳細(xì)示出。盡管附圖表示在這里描述的示例性例證，附圖不必測量并且某一特性可夸大以更好的例證和解釋示例性例證創(chuàng)新的方面。而且，在這里描述的示例性例證并非意為詳盡的或不然限制或限定為附圖中示出并且在下面詳細(xì)的例證中公開的精確的形式和構(gòu)造。本發(fā)明的示例性通過涉及到如下附圖詳細(xì)例證。
[0009]圖1為示例性活塞組件的截面圖；
[0010]圖2A為示例性活塞組件，例如圖1所示的示例性活塞組件的冷卻通道的放大的截面圖；
[0011]圖2B為另一示例性活塞組件的冷卻通道的放大的截面圖；
[0012]圖3為另一示例性活塞組件的冷卻通道的放大的截面圖；
[0013]圖4為另一示例性活塞組件的截面圖；
[0014]圖5為另一示例性活塞組件的截面圖；并且
[0015]圖6為制造活塞組件的示例性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]說明書中談到“示例性例證”，“示例”或類似表達(dá)意味著描述的與示例性途徑相關(guān)的特定特性，結(jié)構(gòu)，或特征包括在至少一個例證中。說明書中各種位置的短語“在例證中”或類似類型的表達(dá)并不都指的是同一例證或示例。
[0017]在這里提供活塞組件的各種示例性例證和制造同樣活塞組件的方法。示例性活塞可包括規(guī)定活塞軸的活塞體，活塞體有裙并且形成冷卻通道的下表面。體可包括徑向內(nèi)和外體配合表面?；钊蛇M(jìn)一步包括冷卻通道環(huán)，該冷卻通道環(huán)與活塞體協(xié)作形成冷卻通道?；钊w和冷卻通道環(huán)可沿著徑向內(nèi)和徑向外接合區(qū)域連接為一體以形成一般地一件式活塞組件。在一些示例性途徑中，體和環(huán)的配合表面可位于支承表面附近設(shè)置為禁止或防止在連接環(huán)和體的過程中形成的焊接飛濺進(jìn)入冷卻通道。
[0018]在一些示例性例證中，例如圖1和2A示出的以及下面將進(jìn)一步描述的示例性例證中，冷卻通道環(huán)包括沿著活塞的上表面與徑向內(nèi)體配合表面接觸的徑向內(nèi)環(huán)配合表面。因此，徑向內(nèi)環(huán)配合表面和徑向內(nèi)體配合表面之間的接頭可位于燃燒碗的徑向外側(cè)。冷卻通道環(huán)之間的徑向外接頭可位于徑向內(nèi)接頭的徑向外側(cè)，例如沿著活塞的環(huán)帶。更加特殊的是，徑向外接合區(qū)域一般可有與徑向外體配合表面接觸的冷卻通道環(huán)的徑向外環(huán)配合表面規(guī)定。冷卻通道大體上可由冷卻通道環(huán)部分和活塞體部分閉合，除了與冷卻通道相關(guān)的進(jìn)口 / 出口。
[0019]在其他示例性途徑中，例如圖2B例證的以及下面將進(jìn)一步描述中，冷卻通道環(huán)和活塞體之間的徑向內(nèi)和外接合區(qū)域分別位于燃燒碗內(nèi)和沿著活塞的上表面。更加特殊的是，在這些示例中冷卻通道環(huán)可包括徑向內(nèi)環(huán)配合表面，該徑向內(nèi)環(huán)配合表面沿著燃燒碗中的徑向內(nèi)接合區(qū)域與徑向內(nèi)體配合表面接觸，以及冷卻通道環(huán)包括徑向外環(huán)配合表面，該徑向外環(huán)配合表面沿著徑向外接合區(qū)域與徑向外體配合表面接觸使得冷卻通道大體閉入口 ο
[0020]在一些示例性例證中，活塞可以在焊接過程中連接，例如激光焊接過程。示例性激光焊接過程，如在下面將進(jìn)一步描述，可在制造靈活性上助長大量收益。在一示例中，至少一個徑向內(nèi)和外配合表面不成直角與活塞軸對齊。例如，可有一般垂直的焊接接頭，即兩個活塞部件將要連接的相對應(yīng)的配合表面一般平行于活塞的縱軸對齊。而且，激光焊接接頭的接觸表面可幾乎規(guī)定為任何角度只要接頭能被沖擊的激光焊接束接近。在一示例性例證中，延長的焊接接頭一般可由激光焊接過程導(dǎo)致，在該激光焊接過程中激光束一般平行于活塞體和冷卻通道環(huán)相對應(yīng)的配合表面沖擊。
[0021]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1，示例性活塞組件100以截面示出。更加特殊的是，圖1左半邊示出的截面是通過活塞組件100的銷轂105示出的，然而附圖右半邊示出的截面是自左半邊旋轉(zhuǎn)90度后示出的?；钊M件100可包括活塞體102和冷卻通道環(huán)104，該冷卻通道環(huán)104在活塞體102的上部周圍接收?；钊w102可規(guī)定燃燒碗120。冷卻通道環(huán)104可規(guī)定環(huán)帶部分106，該環(huán)帶部分106設(shè)置為密封接收活塞組件100的發(fā)動機(jī)孔(未示出)。例如，環(huán)帶部分106可規(guī)定一個或更多接收活塞環(huán)(未示出)的環(huán)形槽107，該活塞環(huán)相應(yīng)地在活塞組件100在發(fā)動機(jī)孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動期間密封發(fā)動機(jī)孔表面。
[0022]活塞組件100 —般的兩件式結(jié)構(gòu)，即有冷卻通道環(huán)104和體102，一般可關(guān)于冷卻通道環(huán)104和/或活塞組件100的尺寸和形狀允許靈活性，例如允許活塞組件100有更低的總體壓縮高度和/或重心。而且，兩件式的結(jié)構(gòu)同樣可助長冷卻通道內(nèi)更復(fù)雜的形狀的形成以允許更易于制造提供冷卻能力提高的有效尺寸的通道。
[0023]活塞體102可包括裙表面103，該裙表面103 —般在發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間支承活塞組件100，例如通過與發(fā)動機(jī)孔表面(未示出)接合以在活塞組件100在孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動期間穩(wěn)定活塞組件100。例如，裙表面103 —般可將活塞部件100周邊的至少一部分規(guī)定出圓形外形。外形可與一般為圓柱形的發(fā)動機(jī)孔表面相對應(yīng)。
[0024]體102同樣可規(guī)定活塞銷轂105?；钊N轂105 —般可由隙縫或銷孔109形成設(shè)置為用以接收活塞銷(未示出)。例如，活塞銷可通過活塞銷轂105的銷孔109插入，因此一般固定活塞100至連接桿(未示出)。
[0025]如上所述，活塞100可有環(huán)帶部分106，該環(huán)帶部分106至少規(guī)定一部分冷卻通道108。冷卻通道108—般在活塞冠周邊延伸，并且可在運(yùn)行期間使冷卻劑(例如發(fā)動機(jī)潤滑油)循環(huán)，因此減少活塞的運(yùn)行溫度。此外，冷卻劑的循環(huán)可促使在活塞100周圍，特別是在活塞組件100的上部，例如燃燒碗120附近保持更穩(wěn)定或一致的溫度。
[0026]活塞體102和環(huán)104可固定連接，例如通過激光焊接過程。
[0027]通過固定連接活塞體102和環(huán)104，活塞組件100 —般形成為一件式組件。
[0028]如圖1，2A，2B，3，4和5示出并且如在下面將進(jìn)一步描述，體102和環(huán)104部件可沿著徑向內(nèi)接合區(qū)域I和徑向外接合區(qū)域0連接，例如通過激光焊接過程。因此，活塞體102一般可和它們各自的冷卻通道環(huán)104成整體以致其在固定至冠后相對于彼此不能運(yùn)動，盡管體102和環(huán)104為分離的部件。
[0029]冷卻通道環(huán)104可固定至體102以致體102和環(huán)104協(xié)作形成活塞組件100連續(xù)的上燃燒碗表面120。
[0030]現(xiàn)在談到圖2A和2B示出的示例性活塞100a，100b，該示例性活塞100a和100b與體102a，102b (統(tǒng)稱為102)和環(huán)104a，104b (統(tǒng)稱為104)的徑向外配合表面190，192相對應(yīng)，可沿著活塞100a，100b的環(huán)帶部分106分別在徑向外接合區(qū)域0接觸。此外，相對應(yīng)的體102和環(huán)104的徑向內(nèi)配合表面194，196可分別沿著活塞100a，100b的上表面110接觸，因此規(guī)定徑向內(nèi)接合區(qū)域I。在圖2A和2B示