[发明专利]激光焊接的活塞组件以及组装和接合活塞的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年9月21日提交的美国临时专利申请No.61/537,370以及2012年9月20日提交的美国专利申请No.13/623,632的优先权，这些申请的全部内容通过引用的方式并入本文。

背景技术

内燃机制造商始终在想办法提高其产品的功率输出和燃料效率。一个常规的提高效率和功率的方法是减小发动机的振荡质量，例如，发动机的活塞、连杆以及其它移动部分的振荡质量。提高发动机功率和/或效率的努力还可能会导致在操作期间燃烧室内的压力和/或温度升高。

因此，由于这些重量的减小和与发动机操作相关的压力和温度的上升，发动机，特别是发动的活塞，将承受升高的应力。因此，对于在发动机的整个寿命中承受这种操作条件下的升高的应力来说，活塞冷却变得越发重要。

为了降低活塞部件的操作温度，可以围绕活塞的周部设置冷却通道。可以将诸如曲轴箱油等冷却剂引入冷却通道，并且可以借助活塞的往复运动来围绕冷却通道分散冷却剂，由此降低活塞的操作温度。

与此同时，冷却通道可能会增加活塞组件的整体复杂性以及制造活塞组件的整体复杂性。例如，冷却通道可能需要诸如冷却通道盖等附加的部件，以便通过临时地捕集（trap）通过冷却通道而循环的冷却剂（例如，油）来促进冷却剂在整个冷却通道中的适当循环。然而，诸如盖板等附加的部件同样增加了复杂性。另外，在诸如轻量活塞或轻载活塞等较小活塞的应用中，冷却通道可能是昂贵的和/或难以形成的。另外，诸如摩擦焊接等在整体式活塞中形成封闭的冷却通道的已知方法需要极高强度的活塞部件才能适当地形成活塞和冷却通道特征且在摩擦焊接处理期间不会产生意外的变形，由此导致活塞的尺寸和重量的增大。在摩擦焊接处理期间施加在活塞部件上的大的力还限制了焊接接头可处的位置。

因此，需要这样一种活塞，其中将活塞的整体重量和制造复杂性最小化，同时通过诸如设置冷却通道等而能够将活塞适当地冷却。

附图说明

现在参考附图，对示例性实例进行详细描述。尽管附图表示在本文中描述的示例性实施方式，然而附图并非必须按比例绘制，而某些特征可以被夸大以便更好地说明和解释示例性实施方式的创新方面。此外，在本文中所描述的示例性实施方式并非意在穷举或者以其它方式将本发明限制或局限于在附图中示出并且在以下详细描述中公开的确切的形式和构造。通过参考以下附图来详细描述本发明的示例性实施方式：

图1是示例性活塞组件的透视图；

图2A是示例性活塞组件的局部剖视图；

图2B是另一示例性活塞组件的局部剖视图；

图2C是另一示例性活塞组件的局部剖视图；

图3A示出了活塞主体与冷却通道环之间的径向外侧边界区域的示例性激光焊缝的剖视图；

图3B示出了活塞主体与冷却通道环之间的径向内侧边界区域的示例性激光焊缝的剖视图；

图3C示出了活塞主体与冷却通道环之间的径向内侧边界区域和径向外侧边界区域的示例性激光焊缝的透视图；以及

图4示出了制造活塞的示例性方法的工艺流程图。

具体实施方式

说明书中提到的“示例性实施方式”、“实例”或类似的表达是指在至少一个实施方式中包含结合示例性方法而描述的具体特征、结构或特性。在说明书中各个位置出现的短语“在一个示例性实施方式中”或类似的表达不必全部指代相同的实施方式或实例。

在本文中示出了活塞组件和制造活塞组件的方法的各个示例性实施方式。示例性活塞可以包括限定活塞轴线的活塞主体，活塞主体具有裙部并且形成冷却通道的下表面。活塞主体可以包括主体径向内侧配合表面和主体径向外侧配合表面。活塞还可以包括冷却通道环，冷却通道环与活塞主体协同形成连续的上燃烧碗（燃烧室）表面。冷却通道环可以包括环径向内侧配合表面，该环径向内侧配合表面在燃烧碗中沿着径向内侧边界区域抵靠主体径向内侧配合表面，并且冷却通道环包括环径向外侧配合表面，该环径向外侧配合表面沿着径向外侧边界区域抵靠主体径向外侧配合表面，从而使得冷却通道大致封闭。活塞主体和冷却通道环可以沿着径向内侧边界区域及径向外侧边界区域接合在一起，以形成基本上整体式的（一体的）活塞组件。径向外侧边界区域可以沿与活塞轴线平行的方向延伸（伸长）。