相關(guān)專利申請的交叉引用

本申請要求2014年12月19日提交的序列號為62/094,258的美國臨時專利申請和2015年12月18日提交的序列號為14/975,451的美國發(fā)明專利申請的優(yōu)先權(quán)，這些專利申請?jiān)诖送ㄟ^引用整體并入本文。

背景技術(shù)：

1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，具體地，涉及活塞及其構(gòu)建方法。

2.相關(guān)技術(shù)

已知用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的活塞包括環(huán)形冷卻通道，以便將活塞保持在可操作溫度范圍內(nèi)。當(dāng)油通過通常位于活塞一側(cè)的進(jìn)油口被輸送到冷卻通道時，需要使得油流動到活塞的相對側(cè)并通過出油口流出，在此處油通常返回至曲軸箱。如果允許油流出進(jìn)油口，則會導(dǎo)致活塞冷卻不充分，從而潛在地減少活塞的使用壽命。

為防止油通過進(jìn)油口流出，已經(jīng)進(jìn)行了一些嘗試。一種已知機(jī)構(gòu)包括圍繞進(jìn)油口在活塞上固定單獨(dú)的環(huán)形部件，以形成圍繞進(jìn)油口的豎直屏障來阻止油排出。盡管這可以證明是有效的，但需要執(zhí)行二次附接工藝(比如通過焊接)以將該部件附接到活塞上，這會產(chǎn)生額外的部件和制造工藝成本。另外一種已知的嘗試包括通過鑄造操作以形成屏障，同樣地，盡管這可以證明是有效的，但其需要鑄造活塞部件，根據(jù)活塞的應(yīng)用以及活塞的制造工藝的不同，這并非總是可取的。此外，鑄造屏障需要特殊模具以用于被制造的每種不同形式的活塞，同樣產(chǎn)生固有成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，活塞包括具有上冠部以及從上冠部懸垂的下冠部，所述上冠部具有上燃燒表面以及從所述上燃燒表面懸垂的大體為圓柱形的上部槽脊和環(huán)形帶區(qū)域。下冠部包括一對橫向隔開、軸向?qū)R的銷孔，所述銷孔被構(gòu)造用于接納活塞銷，以便將活塞與連桿耦接。在上冠部和下冠部之間形成的大體上閉合的環(huán)形外部冷卻通道，其中該冷卻通道的底面由下冠部的底板形成。進(jìn)油口和出油口延伸通過底板，其中進(jìn)油口可操作而允許油流入冷卻通道，而出油口可操作而允許油從冷卻通道流出，從而形成油流回路。為了便于形成通過進(jìn)油口流入冷卻通道并通過出油口從冷卻通道流出的單向油流，以增強(qiáng)冷卻通道及流過其中的油的冷卻效果，進(jìn)油口包括從底板向上延伸進(jìn)入冷卻通道的豎直環(huán)形凸起，其中該凸起由下冠部底板的材料形成為整體擠出部。該凸起阻止油通過進(jìn)油口從冷卻通道向外流出的逆向流動，從而使油必要地循環(huán)流動，按照預(yù)期地通過冷卻通道并流出出油口。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，相對于底板的其余材料，進(jìn)油口的材料被硬化。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，底板具有緊鄰?fù)蛊鸬暮穸?，凸起具有的高度為所述厚度的約1/2倍至3倍。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，凸起從底板延伸到自由端，其中該凸起具有緊鄰底板的第一壁厚和緊鄰自由端的第二壁厚，其中第一厚度大于第二厚度。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，凸起的壁厚從底板到自由端連續(xù)減小。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種構(gòu)建用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的活塞的方法。該方法包括形成上冠部和從上冠部懸垂的下冠部，所述上冠部具有上燃燒表面以及從所述上燃燒表面懸垂的大體為圓柱形的上部槽脊和環(huán)形帶區(qū)域。該方法還包括形成具有一對橫向隔開、軸向?qū)?zhǔn)的銷孔的下冠部，所述銷孔構(gòu)造成用于接納活塞銷，以便將活塞與連桿耦接。該方法還包括在上冠部和下冠部之間形成大體上閉合的環(huán)形外部油通道，其中冷卻通道的底面由下冠部的底板形成。此外，該方法還包括形成延伸通過底板的進(jìn)油口和出油口。在形成進(jìn)油口時，該方法包括在底板上同時形成開口，并使底板的材料從底板向上移位，其中移位的材料形成了豎直的環(huán)形凸起，所述環(huán)形凸起用于阻止油從冷卻通道通過進(jìn)油口向外逆向流出。由于凸起的形成是進(jìn)油口形成的結(jié)果，因此顯著提高了制造效率，從而最小化與形成凸起相關(guān)的成本。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法還包括以成形鉆孔工藝形成豎直環(huán)形凸起。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，所述方法還包括在形成進(jìn)油口的同時硬化凸起的材料。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，所述方法還包括將凸起形成為具有的高度為緊鄰所述凸起的、底板厚度的約1/2倍至3倍。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，所述方法還包括形成從底板延伸到自由端的凸起，并將所述凸起形成為具有緊鄰底板的第一壁厚和緊鄰自由端的第二壁厚，并且將第一厚度形成為大于第二厚度。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，該方法還包括所述凸起的壁厚，使其從底板到自由端連續(xù)地減小。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合對當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例和最佳模式的詳細(xì)說明、所附權(quán)利要求書和附圖的以下詳細(xì)說明來考慮時，可以更容易地理解本發(fā)明的這些和那些方面、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面構(gòu)建的活塞的局部剖切透視圖；

圖2是大體上沿著圖1的活塞的銷孔軸線所截取的剖視圖；

圖2a是通過圖1所示活塞的進(jìn)油孔所截取的放大部分剖視圖；

圖3是圖1所示活塞的仰視平面圖。

具體實(shí)施方式

具體參照附圖，圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個目前優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建的活塞10，其用于在諸如重型柴油發(fā)動機(jī)(作為示例而非限制)的內(nèi)燃機(jī)的氣缸孔或腔室中往復(fù)運(yùn)動?；钊?0具有沿中心縱軸14延伸的本體12，活塞10沿著中心縱軸線14在氣缸孔中往復(fù)運(yùn)動。本體12具有上冠部16和下冠部18。下冠部18具有從上冠部16懸垂的一對銷座20，以提供橫向隔開的銷孔22，銷孔22沿著大體橫交于中心縱軸線14延伸的銷孔軸線24彼此對準(zhǔn)。銷座20經(jīng)由支撐部分28連接到橫向間隔開的、徑向相對的裙部26。在上冠部16和下冠部18之間形成基本封閉的環(huán)形外部油冷卻通道30，其中由下冠部18的壁34形成了冷卻通道30的底面(也被稱為底板32)。進(jìn)油口36和出油口38(圖1和3)延伸穿過底板32，其中進(jìn)油口36可操作而允許油流入冷卻通道30，而出油口38可操作而允許油從冷卻通道30向外流出。為了便于油通過進(jìn)油口36單向流入冷卻通道30，進(jìn)油口36具有從底板32向上延伸進(jìn)入冷卻通道30的豎直環(huán)形壁(也稱為凸起40)，其中凸起40形成為下冠部壁34的材料的整體硬化擠出部。因?yàn)橥蛊?0從底板32向上延伸，從而阻擋油逆向回流通過進(jìn)油口36，因此一旦油通過進(jìn)油口36進(jìn)入冷卻通道30，就會按照預(yù)期的方式被推進(jìn)通過冷卻通道30流動至與進(jìn)油口36大致或基本上徑向相對的位置，并且由于出油口38不具有豎直凸起，所以使油在該處通過出油口38從冷卻通道30向外流出。這樣，油沿單向流路流過冷卻通道30，從而通過使新油連續(xù)地流入和流出冷卻通道30來促使活塞10實(shí)現(xiàn)最優(yōu)冷卻，防止油在冷卻通道30內(nèi)焦化，同時還確保油在流出之前流經(jīng)整個冷卻通道30，進(jìn)而促使活塞10的均勻冷卻。

活塞10的上冠部16在此被展示為具有上燃燒表面42，其具有凹入其中的燃燒碗44，以在氣缸孔內(nèi)提供所需氣流。大體為圓柱形的外壁46從上燃燒表面42向下延伸至環(huán)形外自由端52，外壁46包括上部槽脊48和環(huán)形帶50，其中在環(huán)形帶50上形成至少一個環(huán)形凹槽54以浮動容納活塞環(huán)(圖中未示出)。環(huán)形內(nèi)部肋56從燃燒碗44的頂內(nèi)表面懸垂到內(nèi)部自由端58。

下冠部18可以通過諸如鍛造工藝(作為示例而非限制)而與上冠部16分開構(gòu)建，并通過豎直的環(huán)形外部肋自由端60和豎直環(huán)形內(nèi)部肋自由端62接合到上冠部16。上冠部16和下冠部18在此顯示為通過摩擦焊、感應(yīng)焊或者其他任何合適類型的焊縫64接合在一起，所述焊縫64形成為跨越比如各自的外自由端52，60和內(nèi)自由端58，62。這樣，在上冠部16和下冠部18之間形成基本閉合的環(huán)形外部油通道30，同時從銷孔22向上在燃燒碗44的中心部分的下方形成開放內(nèi)部通道66。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的活塞10可以具有以其他形式形成的上冠部和下冠部，例如包括構(gòu)建成單件整體材料并具有不同構(gòu)造的油通道。

進(jìn)油口36和凸起40以成形鉆孔工藝(也稱為流體鉆孔或摩擦鉆孔)形成，并可以在活塞制造的任何階段在下冠部18上形成，如果上冠部16和下冠部18形成為分開的部件，甚至可以在上冠部16和下冠部18彼此連接之后。這使得用成形鉆孔工藝形成進(jìn)油口36的開口的同時形成凸起40成為可能。除了減少了構(gòu)建凸起40所需的工藝外，在活塞10的制造中也具有靈活性，這進(jìn)而節(jié)約了成本。底板32具有緊鄰?fù)蛊?0的厚度(t)，并且凸起40形成為其高度(h)是厚度t的大約1/2倍到3倍，優(yōu)選大約是厚度的1倍或大于厚度的1倍。管狀凸起40從底板32向上延伸到自由端68。凸起40具有緊鄰底板32的第一壁厚(t1)和緊鄰自由端68的第二壁厚(t2)，其中第一厚度(t1)大于第二厚度(t2)。凸起40的壁厚從鄰接底板32的厚度t1到自由端68連續(xù)減小或大體連續(xù)地減小。凸起40的構(gòu)形和增強(qiáng)的硬度(相對于底板32的硬度)都是鉆孔成形工藝的直接結(jié)果，這進(jìn)而使得凸起40具有其增強(qiáng)的強(qiáng)度和構(gòu)形優(yōu)點(diǎn)。

顯然，基于上述教導(dǎo)可能對本發(fā)明做出多種修改和變型。因此，應(yīng)當(dāng)理解在所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以不同于具體描述的方式實(shí)施。